Question

火力发电厂释放出大量氮氧化物（NO_x）、SO₂和CO₂等气体会造成环境问题．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：
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
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：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
①在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO₂和3mol H₂进行上述反应．测得CO₂和CH₃OH（g）浓度随时间变化如图1所示．回答：0～10min内，氢气的平均反应速率为

 

mol/（L?min）；第10min后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），则平衡

 

（填“正向”、“逆向”或“不”）移动．
②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2所示，则上述CO₂转化为甲醇的反应的△H₃

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）脱硫．利用Na₂SO₃溶液可脱除烟气中的SO₂．Na₂SO₃可由NaOH溶液吸收SO₂制得．NaOH溶液吸收SO₂的过程中，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

①由表判断，NaHSO₃溶液显

 

性，用化学平衡原理解释：

 

．
②当溶液呈中性时，离子浓度关系正确的是（选填字母）：

 

．
a．c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）
b．c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-）
c．c（Na⁺）+c（H⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-）

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,热化学方程式,化学平衡建立的过程,化学平衡的影响因素,离子浓度大小的比较

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）；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

，并据此判断；
②到达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反应进行，据此判断；
（3）①由表格中的数据可知，HSO₃^-越多，酸性越强，则电离生成氢离子；
②吸收液呈中性时，溶质为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠，电离与水解的程度相等，结合电荷守恒解答．

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），
∵根据图象可知：c（CO₂）_平衡=0.25mol/L，c（CH₃OH）_平衡=0.75mol/L，因为CO₂的起始浓度为1mol/L而加入的物质的量为1mol，所以可知容器的体积为1L，再根据反应CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O可求得，c（H₂）_平衡=

3mol

1L

-3×0.75=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

，保持温度不变，向该密闭容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g）时，比值

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

=

0.75mol/L×1.75mol/L

1.25mol/L×(0.75mol/L)3

=

112

45

＜

16

3

，所以平衡要向正反应方向移动，
故答案为：0.225；正向；
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）①由表格中的数据可知，溶液呈酸性，HSO₃^-越多，酸性越强，是因为溶液中存在：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺； HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-电离程度大于水解程度，溶液显酸性，
故答案为：酸；溶液中存在：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺； HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-电离程度大于水解程度，故溶液显酸性；
②吸收液呈中性时，溶质为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠，电离与水解的程度相等，
a．由电荷守恒可知，c（H⁺）+c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），中性溶液则c（H⁺）=c（OH^-），则c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），故a正确；
b．SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，亚硫酸两步水解，则离子浓度为c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-），故b正确；
c．电荷守恒式为c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故c错误；
故答案为：ab．

点评：本题以化石燃料载体，考查了盖斯定律、化学平衡移动的判断，电解质溶液中离子浓度大小的比较，综合性较强，对学生分析问题解决问题的能力要求较高，试题较难．