Question

（14分）燃煤烟气中含有大量的氮氧化合物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等，不宜直接排放到空气中，可采用以下措施对燃煤烟气进行处理。
（1）脱硝：选择性催化还原法的脱硝原理是在催化剂存在下，通入甲烷使氮氧化合物（NO_x）转化为无害气体，发生如下反应：
CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)   △H₁＝－574 kJ·mol^－1
CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)    △H₂＝－1160 kJ·mol^－1
甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为         。
（2）脱硫：①石灰石—石膏湿法烟气脱硫的工作原理是烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的空气反应生成石膏(CaSO₄·2H₂O)。某电厂用煤400吨（煤中含硫质量分数为2.5%），若燃烧时煤中的硫全部转化成二氧化硫，用石膏湿法烟气脱硫中有96%的硫转化为石膏，则可生产石膏         吨。
②新型纳米材料氧缺位铁酸盐（ZnFe₂Ox），由该铁酸盐（ZnFe₂O₄）经高温还原制得，常温下，它能使工业废气中酸性氧化物分解除去，转化流程如图所示：若2molZnFe₂Ox与足量SO₂可生成1.0molS，
则x＝         。

（3）脱碳：从脱硝、脱硫后的烟气中获取二氧化碳，用二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向。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取五份等体体积CO₂和H₂的的混合气体（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11所示，则上述CO₂转化为甲醇反应的△H₃         0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在容积为1L的恒温密闭容器中充入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下图12所示。若在上述平衡体系中再充0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂O(g)（保持温度不变），则此平衡将         移动（填“向正反应方向”、“不”或“逆反应方向”）
               
③直接甲醇燃料电池结构如上图13所示。其工作时负极电极反应式可表示为         。

Answer 1

共14分
（1）CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－867 kJ·mol^－1（2分）
(2)①51.6（2分）       ②3（2分）
(3)①＜（2分）      ②不（3分）          ③CH₃OH－6e^－＋H₂O＝6H^＋＋CO₂（3分）

解析（1）△H＝（△H1＋△H₂ ）/2=（－574 kJ·mol^－1－1160 kJ·mol^－1）/2=－867 kJ·mol^－1
CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－867 kJ·mol^－1
（2）①   S     ~     CaSO₄·2H₂O
32              172
400t×2.5%×96%     m
m=51.6t
②得失电子守恒
N(铁失电子)=【3-（x-1）】×2×2=4×1=n(硫得电子)
X=3
(3)①由图1可知:CH₃OH体积分数达到最大值后，升高温度，CH₃OH体积分数减小，平衡逆向移动，△H<0
②          CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)
C始/mol/l       1      3
△C/mol/l      -0.75  -0.75×3        +0.75     +0.75
c平/mol/l      0.25    0.75           0.75     0.75

CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)
原浓度/mol/l  0.25    0.75          0.75     0.75
再充          +0.5                         +1.5
即时浓度       0.75    0.75         0.75     2.25
Qc=
结论：Q_C=K,平衡将不移动。
③CH₃OH－6e^－＋H₂O＝6H^＋＋CO₂