Question

火力发电厂释放的燃煤废气中含有大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染．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NO_x，反应如下：
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
在一定条件下，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）；△H₃
①在1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，在一定温度下，进行上述反应．测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．



则0～10min内，H₂的平均反应速率为______；达到平衡时，CO₂的转化率为______；该温度下该反应的 K=______．
②取五份等体积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，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△H₃______0（填“＞”、“＜”或“=”）．



（3）脱硫．某种脱硫工艺是将废气经处理后，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．设燃煤废气中的SO₂、NO₂的物质的量之比为1：1，则该反应的化学方程式为：______．
（4）硫酸铵和硝酸铵的水溶液的pH＜7，其原因是______（用离子方程式表示）．

Answer 1

（1）因盖斯定律，不管化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的．两式相加，可得
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol  
故答案为：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol       
（2）①由图可知，10min时，反应已经达平衡，△c（CO₂）=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以，
10min内，v（CO₂）=

△c(CO2)

△t

=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），反应速率之比等于计量数之比，
故v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min）；
CO₂的转化率为α（CO₂）=

△c(CO2)

C(CO2)起始

×100%=

0.75mol/L

1.00mol/L

×100%=75%；
平衡时，各组分的浓度分别为：c（CO₂）_平衡=0.25mol/L，c（H₂）_平衡=

3mol

1L

-3×0.75mol/L=0.75mol/L，
c（H₂O）_平衡=c（CH₃OH）_平衡=0.75mol/L，
该温度下该反应的K=

c(CH3OH)平衡c(H2O)平衡

c(CO2)平衡c3(H2)平衡

=

0.75mol/L×0.75mol/L

0.25mol/L×(0.75mol/L)3

=16/3，
故答案为：0.225mol/（L?min）；0.75；16/3
②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△H₃＜0．
故答案为：＜
（3）反应方程式为12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃
故答案为：12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃
（4）硫酸铵和硝酸铵为强酸弱碱盐，铵根离子水解NH₄⁺+H₂O



NH₃?H₂O+H⁺，溶液呈酸性．
故答案为：NH₄⁺+H₂O



NH₃?H₂O+H⁺