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：

2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol

．
（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

0.225mol/（L?min）

；达到平衡时，CO₂的转化率为

75%

；该温度下该反应的 K=

16/3

．
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：

12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃

．
（4）硫酸铵和硝酸铵的水溶液的pH＜7，其原因是

NH₄⁺+H₂ONH₃?H₂O+H⁺

（用离子方程式表示）．

Answer 1

分析：（1）根据盖斯定律，利用已知化学反应方程式乘以某个系数相加或相减，构造出目标化学反应方程式，该化学反应的焓变即为已知化学反应方程式的焓变乘以某个系数相加或相减得到．
（2）①先根据图表，利用v=

△c

△t

计算v（CO₂），再利用各物质的反应速率之比等于计量数之比，确定v（H₂）；
CO₂的转化率为α（CO₂）=

△c(CO2)

C(CO2)起始

×100%；
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

；
②到达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反应进行；
（3）根据氧化还原反应配平书写化学反应方程式；
（4）硫酸铵和硝酸铵为强酸弱碱盐，铵根离子水解．

解答：解：（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⁺+H₂ONH₃?H₂O+H⁺，溶液呈酸性．
故答案为：NH₄⁺+H₂ONH₃?H₂O+H⁺

点评：本题从多个角度对化石燃料进行了全面的考查，培养了学生分析问题解决问题的能力．