Question

火力發(fā)電廠釋放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等氣體會造成環(huán)境污染．對燃煤廢氣進(jìn)行脫硝、脫硫和脫碳等處理，可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排、廢物利用等目的．
（1）脫硝．利用甲烷催化還原NO_x：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）
△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）
△H₂=-1160kJ?mol^-1
甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為______．
（2）脫碳．將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
①取五份等體積CO₂和H₂的混合氣體（物質(zhì)的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間后，測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH） 與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖所示，則φ（CH3OH）T上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)的△H₃______0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，進(jìn)行上述反應(yīng)．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如下圖所示．下列說法正確的是______（填字母代號）．
A．第10min后，向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，則再次達(dá)到平衡時(shí)c（CH₃OH）=1.5mol?L^-1
B．0～10min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為0.075mol/
C．達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的轉(zhuǎn)化率為0.75
D．該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為3/16
E．升高溫度將使n（CH₃OH）/n（CO₂）減小
③甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)如下圖所示．其工作時(shí)正極的電極反應(yīng)式可表示為______．

多孔碳電極
（3）脫硫．某種脫硫工藝中將廢氣經(jīng)處理后，與一定量的氨氣、空氣反應(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產(chǎn)品化肥．設(shè)煙氣中的SO₂、NO₂的物質(zhì)的量之比為1：1，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為______．
（4）硫酸銨和硝酸銨的水溶液的pH＜7，其中原因可用一個(gè)離子方程式表示為：______；在一定物質(zhì)的量濃度的硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，則溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）______c（NO₃^-）+c（OH^-）（填寫“＞”“=”或“＜”）

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，利用已知化學(xué)反應(yīng)方程式乘以某個(gè)系數(shù)相加或相減，構(gòu)造出目標(biāo)化學(xué)反應(yīng)方程式，該化學(xué)反應(yīng)的焓變即為已知化學(xué)反應(yīng)方程式的焓變乘以某個(gè)系數(shù)相加或相減得到；
（2）①由圖可知，到達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行；
②利用三段式求出反應(yīng)混合物的濃度變化量、平衡時(shí)各組分的濃度．
A．再充入1mol CO₂和3mol H₂，可等效為開始體積變?yōu)樵瓉淼?倍，加入2mol CO₂和6mol H₂，平衡后，再將體積壓縮為原來的體積，增大壓強(qiáng)平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)移動(dòng)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大；
B．利用v=計(jì)算v（H₂）判斷；
C．根據(jù)轉(zhuǎn)化率的定義計(jì)算判斷；
D．該溫度下該反應(yīng)的K=，代入數(shù)據(jù)計(jì)算；
E．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，n（CH₃OH）減小，n（CO₂）增大．
③本質(zhì)為2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，CH₃OH 失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)；正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水；
（3）根據(jù)反應(yīng)物和生成物結(jié)合守恒的方法書寫化學(xué)方程式；
（4）銨根離子水解呈酸性，從溶液電中性的角度分析．
解答：解：（1）已知：CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1 ，
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1，
不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的．利用蓋斯定律將兩式相加，可得
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol，
即CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
（2）①由圖可知最高點(diǎn)反應(yīng)到達(dá)平衡，達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，升高溫度平衡吸熱方向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H₃＜0，故答案為：＜；
②由圖可知，開始二氧化碳的濃度為1.0mol/L，開始容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，所以開始?xì)錃獾臐舛葹?.0mol/L，容器體積為=1L．
平衡時(shí)，甲醇的濃度為0.75mol/L
               CO₂（g）+3H₂（g）  CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：1        3                    0        0
變化（mol/L）：0.75     2.25                0.75     0.75
平衡（mol/L）：0.25     0.75                0.75     0.75
A、通過上述計(jì)算可知二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為×100%=75%，再充入1mol CO₂和3mol H₂，可等效為開始體積變?yōu)樵瓉淼?倍，加入2mol CO₂和6mol H₂，平衡后，再將體積壓縮為原來的體積，增大壓強(qiáng)平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)移動(dòng)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大，所以再次達(dá)到平衡時(shí)c（CH₃OH）＞1.5mol/L，故A錯(cuò)誤；
B、10分鐘內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為v（H₂）==0.225mol/（L?min），故B錯(cuò)誤；
C、通過上述計(jì)算可知?dú)錃獾霓D(zhuǎn)化率為×100%=75%，故C正確；
D、該溫度下該反應(yīng)的K===，故D錯(cuò)誤；
E、該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，n（CH₃OH）減小，n（CO₂）增大，所以n（CH₃OH）/n（CO₂）值減小，故E正確．
故答案為：CE；
③正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
（3）煙氣中的SO₂、NO₂的物質(zhì)的量之比為1：1，一定量的氨氣、空氣反應(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產(chǎn)品化肥．則有12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃，
故答案為：12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃；
（4）硫酸銨和硝酸銨都為強(qiáng)酸弱堿鹽，溶液中發(fā)生：NH₄⁺+H₂O NH₃?H₂O+H⁺，所以溶液呈酸性，
在一定物質(zhì)的量濃度的硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液，反應(yīng)后溶液呈中性，溶液中存在：
c（Na⁺）+c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）+c（OH^-），則有c（Na⁺）+c（H⁺）＜c（NO₃^-）+c（OH^-），
故答案為：NH₄⁺+H₂O NH₃?H₂O+H⁺；＜．
點(diǎn)評：本題從多個(gè)角度對化石燃料進(jìn)行了全面的考查，難度中等，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題解決問題的能力，答題時(shí)注意電極反應(yīng)式的書寫方法，注意把握從守恒的角度書寫化學(xué)方程式以及處理溶液離子濃度問題．