雾霾已经严重影响我们的生存环境．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造成环境污染．(1)利用甲烷催化还原NOx:CH4(g)+4NO2+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ?mol-1CH4═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� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

雾霾已经严重影响我们的生存环境．火力发电厂释放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染．

（1）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）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，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（见图甲），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3mol H₂，进行上述反应．测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图乙所示．下列说法正确的是

（填字母代号）．
A．第10min后，向该容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，则再次达到平衡时c（CH₃OH）=1.5mol/L
B．达到平衡时，氢气的转化率为0.75
C．0～10分钟内，氢气的平均反应速率为0.075mol/（L?min）
D．该温度下，反应的平衡常数的值为

E．升高温度将使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大
（3）某种脱硫工艺中将烟气经处理后，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．设烟气中的SO₂、NO₂的物质的量之比为1：1，则该反应的化学方程式为

．
（4）电化学降解NO

的原理如题图丙所示．
①电源正极为

（填“A”或“B”），阴极反应式为

．
②若电解过程中转移了1mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差（△m_左-△m_右）为

g．

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）利用盖斯定律分析；
（2）①由图可知最高点反应到达平衡，到达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，升高平衡向逆反应进行，据此判断；
②A、再充入1mol CO₂和3mol H₂，可等效为开始体积变为原来的2倍，加入2mol CO₂和6mol H₂，平衡后，再将体积压缩为原来的体积，增大压强平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动，反应物的转化率增大；
B、利用v=

△n

△t

计算v（H₂）判断；
C、根据转化率的定义计算判断；
D、该温度下该反应的K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

，代入数据计算；
E、该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应进行，n（CH₃OH）减小，n（CO₂）增大．
（3）根据反应物和生成物结合守恒的方法书写化学方程式；
（4）①由图示知在Ag-Pt电极上NO₃^-发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极；在阴极反应是NO₃^-得电子发生还原反应生成N₂，利用电荷守恒与原子守恒知有氢离子参与反应且有水生成；
②转移2mol电子时，阳极（阳极反应为H₂O失电子氧化为O₂和H⁺）消耗1mol水，产生2molH⁺进入阴极室，阳极室质量减少18g；阴极室中放出0.2molN₂（5.6g），同时有2molH⁺（2g）进入阴极室．

解答： 解：（1）已知：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
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
即CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ?mol^-1
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ?mol^-1；
（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，说明升高温度平衡向逆反应进行，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由图2可知，开始二氧化碳的浓度为1.0mol/L，开始容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，所以开始氢气的浓度为3.0mol/L，容器体积为

1.0mol

1.0mol/L

=1L．
平衡时，甲醇的浓度为0.75mol/L
               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
A、通过上述计算可知二氧化碳的转化率为

0.75mol/L

1.0mol/L

×100%=75%，再充入1mol CO₂和3mol H₂，可等效为开始体积变为原来的2倍，加入2mol CO₂和6mol H₂，平衡后，再将体积压缩为原来的体积，增大压强平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动，反应物的转化率增大，所以再次达到平衡时c（CH₃OH）＞1.5mol/L，故A错误；
B、通过上述计算可知氢气的转化率为

2.25mol/L

3mol/L

×100%=75%，故B正确；
C．10分钟内，氢气的平均反应速率为v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?min），故C错误；
D、该温度下该反应的K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

0.75×0.75

0.25×0.753

，故D错误；
E、该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应进行，n（CH₃OH）减小，n（CO₂）增大，所以

n(CH3OH)

n(CO2)

值减小，故E错误．
故选：B；
（3）烟气中的SO₂、NO₂的物质的量之比为1：1，一定量的氨气、空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥．则有12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃，
故答案为：12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃；
（4）①由图示知在Ag-Pt电极上NO₃^-发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极；在阴极反应是NO₃^-得电子发生还原反应生成N₂，利用电荷守恒与原子守恒知有H₂O参与反应且有水生成，
所以阴极上发生的电极反应式为：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案为：A，2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O；
②转移2mol电子时，阳极（阳极反应为H₂O失电子氧化为O₂和H⁺）消耗1mol水，产生2molH⁺进入阴极室，阳极室质量减少18g；阴极室中放出0.2molN₂（5.6g），同时有2molH⁺（2g）进入阴极室，因此阴极室质量减少3.6g，故膜两侧电解液的质量变化差（△m左-△m右）=18g-3.6g=14.4g，转移1mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差7.2g；
故答案为：7.2．

点评：本题以燃煤废气进行脱碳和脱硫等处理为载体，考查化学平衡有关图象、反应速率计算、平衡常数计算、影响化学平衡的因素、溶液配制等，难度中等，培养了学生分析问题解决问题的能力，注意（1）①中图象最高点起曲线上的各点都是平衡状态．