Question

火力发电厂释放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化碳、二氧化硫等气体会造成环境污染．但二氧化硫、二氧化碳和氮的氧化物也是常用的化工原料．对燃煤废气进行综合处理、合理应用，可实现绿色环保、节能减排、变废为宝等目的．
（1）脱硝．利用甲烷催化还原NO_x：CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1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：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃

①取五份等体积的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，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1，则上述CO₂转化为甲醇反应的△H₃

 

0．（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO₂和3molH₂，进行上述反应．测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化图2所示．试求出反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常数的数值：K=

 

．
（3）脱硫．
Ⅰ．利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO₂．
在钠碱循环法中，用Na₂SO₃溶液作为吸收液．吸收液吸收SO₂的过程中，溶液的pH随n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）变化关系如下表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

ⅰ．由上表判断，NaHSO₃溶液显

 

性．（填“酸”、“中”或“碱”）
ⅱ．当吸收液呈中性时，溶液中离子浓度关系正确的是（选填字母）

 

．
a．c（H⁺）=c（OH^-）  b．c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）   c．c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）
Ⅱ．利用发电厂产生的尾气中的SO₂制成如图3所示的自发电池，其电池反应方程式为：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，该电池电动势可达1V以上．实际过程中，将SO₂通入电池的负极，则负极反应式为

 

．质子在电解质溶液中的移动方向：

 

（填编号：a．经过质子膜由左到右； b．经过质子膜由右到左）．

Answer 1

考点：热化学方程式,反应热和焓变,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

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到达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反应进行；
②利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算平衡常数；
（3）Ⅰ．i．根据溶液中HSO₃^-浓度和SO₃^2-浓度的相对大小确定溶液的酸碱性；
 ii．根据溶液中电荷守恒和物料守恒确定溶液中各种离子浓度的关系；
Ⅱ．SO₂-O₂-H₂SO₄形成燃料电池，通O₂的电极为正极发生还原反应，通SO₂的电极为负极发生氧化反应，转化为H₂SO₄，根据电解质溶液是酸性的，写出负极反应式；阳离子在电解质溶液中由负极移动到正极．

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：＜；
②开始CO₂的浓度为1mol/L，故容器的体积为

1mol

1mol/L

=1L，H₂的起始浓度为

3mol

1L

=3mol/L，则：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始（mol/L）：1        3         0         0
变化（mol/L）：0.75     2.25      0.75      0.75
平衡（mol/L）：0.25     0.75      0.75      0.75
故该温度下平衡常数k=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33；
故答案为：5.33；
（3）Ⅰ．i．HSO₃^-既能电离出H⁺又能水解出OH^-，而SO₃^2-只水解出OH^-显碱性，根据表格知，当亚硫酸氢根离子的物质的量大于亚硫酸根离子的物质的量时，亚硫酸氢钠溶液呈酸性，这说明HSO₃^-以电离为主，即NaHSO₃溶液显酸性；故答案为：酸；
ii．当溶液呈中性时，溶液中氢离子浓度等于氢氧根离子浓度，亚硫酸氢根离子浓度大于亚硫酸根离子浓度．
a、溶液呈中性时，溶液中氢离子浓度等于氢氧根离子浓度，故a正确；
b、从表格可以看出，C（HSO₃^-）的浓度也大，溶液的pH越小，当n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=C（SO₃^2-）：C（HSO₃^-）=1：1时，溶液的pH=7.2，故当溶液呈中性即pH=7时，C（SO₃^2-）：C（HSO₃^-）＜1：1，即c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-），故b正确；
c、溶液呈电中性，溶液中阴阳离子所带电荷相等，即有：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），溶液呈中性时，c（H⁺）=c（OH^-），所以c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），故c错误；
故选ab．
Ⅱ．原电池总方程式为2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，正极的电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，用总的减去正极的电极反应式得负极电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，阳离子在电解质溶液中由负极移动到正极，即经过质子膜由左到右，选a，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；a．

点评：本题考查了盖斯定律求反应热、化学平衡常数求算、原电池电极反应式的书写等，题目难度中等．