Question

火力发电厂燃煤排烟，释放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等气体．这些气体直接排放到空气中，将造成环境污染．为解决排烟污染问题，某发电厂采用如下措施，对燃煤烟气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理，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）；△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ?mol^-1
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为：

 

（2）脱碳．将二氧化碳转化为甲醇：CO₂+3H₂

催化剂

加热、加压

CH₃OH（g）+H₂O（g）；写出该反应平衡常数K=

 

．
如图表示某次合成实验中甲醇的体积分数φ（CH₃OH）与反应温度T的关系曲线，则上述二氧化碳转化为甲醇反应的△H

 

0（填＞、=、或＜）．
（3）脱硫．用碳酸钙作吸收剂与水配制成浆液，在吸收塔中洗涤烟气并吸收SO₂，得到石膏（CaSO₄?2H₂O）．
电厂第一季度用煤300t（煤中含有硫2.8%），若燃烧时煤中的硫全部转化成二氧化硫，且吸收脱硫过程中80%的硫转化为转化为石膏，则第一季度可生产石膏

 

吨．
（4）最新处理技术是用纳米型氧缺位铁酸盐（MFe₂O_X3＜x＜4，M=Mn、Co等金属）来处理燃煤排烟．常温条件下，纳米型氧缺位铁酸盐能使烟气中的酸性氧化物转化为单质，自身被氧化为MFe₂O₄．已知：93.2g纳米型氧缺位铁酸锌（ZnFe₂O_X）能处理含SO₂ 0.01%的尾气22400L（标准状况），则ZnFe₂O_X中的x=

 

．

Answer 1

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积来解答；根据到达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反应进行；
（3）根据关系式S～SO₂～CaSO₄?2H₂O来计算；
（4）利用电子守恒确定Fe元素的化合价，以此确定x．

解答：解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
利用盖斯定律，由

①+②

2

得：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（2）将二氧化碳转化为甲醇，该反应平衡常数K=

C( H2O)?C(CH3OH)

C(CO2)?C3(H2)

；由图可知最高点反应到达平衡，达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反应进行，升高温度平衡吸热方向进行，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，即△H＜0；
故答案为：

C( H2O)?C(CH3OH)

C(CO2)?C3(H2)

；＜；
（3）S～SO₂ ～CaSO₄?2H₂O
32                 172
300t×2.8%×80%     m

32

300t×2.8%×80%

=

172

m

，解得m=36.12t，
故答案为：36.12t；
（4）93.2g纳米型氧缺位铁酸锌的物质的量为

93.2

177+16X

mol，SO₂的物质的量为

22400×0.01%

22.4

=0.1mol，1个纳米型氧缺位铁酸锌（ZnFe₂O_X）失去（3-x+1）个电子，1个SO₂得到4个电子，由电子守恒可知，
量为

93.2

177+16X

×2×（3-x+1）=0.1mol×4，解得x=3.5，
故答案为：3.5．

点评：本题涉及热化学方程式的书写、平衡常数的概念、平衡状态的判断以及外界条件对平衡移动的影响等问题以及化学计算，在计算时，注意原理的掌握，题目难度中等．