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对环境造成严重影响。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） △H1＝－574 kJ/mol

CH4(g）＋4NO(g）=2N2(g）＋CO2(g）＋2H2O(g） △H2＝－1160 kJ/mol

则甲烷直接将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该反应的平衡常数表达式为_____________。

②在一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右图所示。

试回答：0~10 min内，氢气的平均反应速率为______________mol/（L·min）。

（3）脱硫。

①有学者想利用如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料，A、B是惰性电极。

A极的电极反应式为_____________。

②某种脱硫工艺中将废气处理后，与一定量的氨气、空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物，可作为化肥。硫酸铵和硝酸铵的水溶液pH＜7，常温下，向一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的氨水溶液，使溶液中的NO3-和NH4+的物质的量浓度相等，则溶液的pH__________7（填写“＞”“＝”或“＜”）。

（4）金属冶炼和金属化合物处理常涉及氧化还原反应。

若用惰性电极电解饱和NaCl溶液一段时间当阳极产生56 mL（标准状况下）气体，电解后溶液体积为500 mL时，求所得溶液在25℃时的pH =__________。

Answer 1

【答案】CH4(g）＋2NO2(g）＝CO2(g）＋2H2O(g）＋N2(g）ΔH＝－867 kJ/mol； K＝ 0.225 SO2－2e-＋2H2O＝SO42-＋4H+ = 12

【解析】

（1）根据盖斯定律书写正确的热化学方程式；

（2）①平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值；

②根据图象计算CO2的速率，利用速率之比等于化学计量数之比计算H2的速率；

（3）①SO2与O2反应生成SO3，SO3溶于水生成H2SO4，根据硫酸的出口判断正负极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；

②硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液后，溶液的pH=7，因此c(H+)=c(OH-)，根据电荷守恒进行判断；

（4）电解饱和食盐水的反应为：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，根据方程式计算生成的NaOH的物质的量，再计算溶液的pH。

（1）①CH4(g）＋4NO2(g）=4NO(g）＋CO2(g）＋2H2O(g） △H1＝－574 kJ/mol

②CH4(g）＋4NO(g）=2N2(g）＋CO2(g）＋2H2O(g） △H2＝－1160 kJ/mol

根据盖斯定律有可得热化学方程式为：CH4(g）＋2NO2(g）＝CO2(g）＋2H2O(g）＋N2(g）ΔH＝－867 kJ/mol；

（2）①平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，即K＝

②由图象可知CO2的浓度变化量为1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，v(CO2)===0.075mol/(Lmin)，又因速率之比等于化学计量数之比，因此v(H2)= 3v(CO2)=0.075×3=0.225mol/(Lmin)；

（3）①原电池中，负极上失去电子发生氧化反应，因此A极通入SO2，作负极，电极反应为：SO2－2e-＋2H2O＝SO42-＋4H+；

②常温下，向一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的氨水溶液，使溶液中的NO3-和NH4+的物质的量浓度相等，根据电荷守恒有c(H+)+c(NH4+)=c(OH-)+c(NO3-)，因此c(H+)=c(OH-)，溶液的pH=7；

（4）阳极产生56 mL（标准状况下）气体若设该气体为Cl2，那么生成的NaOH的物质的量为×2=0.005mol，c(NaOH)==0.01mol/L，因此c(H+)==10mol/L，即pH=12。