Question

【题目】火力发电厂释放出大量的氮氧化物(NOx)、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染和温室效应。对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理，可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。

（1）脱硝。利用甲烷催化还原NOx：

CH4(g)+4NO2(g)== =4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=574kJ·mol1

CH4(g)+4NO(g)== =2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=1160kJ·mol1

甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 。

（2）脱碳。将CO2转化为甲醇的热化学方程式为： CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3

①取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1∶3)，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ (CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图所示，则上述反应的ΔH3 0(填“＞”、“＜”或“=”)。

②在一个恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

试回答：0～10 min内，氢气的平均反应速率为 mol·L1·min1；该温度下，反应的平衡常数的值为 (结果保留一位小数)；第10min后，向该容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2，则再次达到平衡时CH3OH(g)的体积分数 (填“增大”、“减小”或“不变”)。

（3）脱硫。

①某种脱硫工艺中将废气经处理后，与一定量的氨气、空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥。设参与反应的SO2、NO2的物质的量之比为1∶1，则该反应的化学方程式为 。

②硫酸铵和硝酸铵的水溶液pH＜7，其原因用离子方程式表示为 ；

在一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，则溶液中：c(Na+)+c(H+) c(NO3)+c(OH)(填“＞”、“＜”或“=”)。

Answer 1

【答案】（除注明外，每空2分）

（1） CH4(g)+2NO2(g) ===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=867 kJ·mol1

（2）①＜（1分） ②0.225 5.3 增大（1分）

（3）①12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O===4(NH4)2SO4+4NH4NO3

②NH4++H2ONH3·H2O+H+ ＜（1分）

【解析】

试题分析：

（1）已知：CH4(g)+4NO2(g) ===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=574 kJ·mol1

CH4(g)+4NO(g) ===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=1160 kJ·mol1

根据盖斯定律，两式相加除以2即得相应的热化学方程式：

CH4(g)+2NO2(g) ===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=867 kJ·mol1。

（2）①五份混合气体组成相同、体积相等，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中发生反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ (CH3OH)不相等，因反应速率随温度升高而增大，所以图像中最高点时反应到达平衡，达平衡后，温度越高，φ(CH3OH)越小，说明升高温度平衡向逆反应方向进行，根据平衡移动规律可判断逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，故ΔH3＜0。

②初始浓度c(CO2)=1.0 mol·L1，由图像可知，0～10 min内，氢气的平均反应速率为v(H2)=3v(CO2)= =0.225 mol·L1·min1；反应是按化学方程式计量数投料的，已知平衡时c(CO2)=0.25 kJ·mol1，则c(H2)=0.75 kJ·mol1，又已知c(CH3OH)= c(H2O)=0.75kJ·mol1，则平衡常数；第10 min后，向该容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2的操作可设计为两步完成，首先将容器体积扩大为原来的2倍，充入1 mol CO2和3 mol H2，达到的平衡状态与原平衡等效，CH3OH(g)的体积分数不变，为满足题给条件，需进行第二步操作即将容器压缩为原来的体积，此时由于压强增大，平衡向正反应移动，再次达到平衡时，气体总的物质的量减小，而CH3OH的物质的量增大，所以甲醇的体积分数φ (CH3OH)增大。

（3）①已知反应物为SO2、NO2、NH3、O2，且SO2、NO2的物质的量之比为1∶1，生成物为两种氮肥(NH4)2SO4和NH4NO3，反应可表示为NH3+O2+SO2+NO2→(NH4)2SO4+NH4NO3，根据化合价升降进行配平，注意SO2与NO2的物质的量相等，配平时在反应物中补上水分子即得该反应的化学方程式：12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O===4(NH4)2SO4+4NH4NO3。

②硫酸铵和硝酸铵的水溶液pH＜7，是由NH4+水解引起的，反应的离子方程式为+H2ONH3·H2O+H+；硝酸铵与NaOH反应后的混合溶液中，根据电荷守恒有：c(Na+)+c(H+)+c(NH4+) =c()+c(OH)，c()＞0，所以c(Na+)+c(H+)＜c()+c(OH)。