题目内容

15.火力发电厂释放出大量氮氧化合物(NOx)、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NOx:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ/mol
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ/mol
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867 kJ/mol.
(2)脱碳.将CO2转化为甲醇:CO2 (g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H3
①如图1,25℃时以甲醇燃料电池(电解质溶液为 KOH)为电源来电解乙(100mL2mol/LAgNO3溶液)和丙(100mLCuSO4)溶液,燃料电池负极的电极反应为CH3OH-6e-+8OH -=CO32-+6 H2O.电解结束后,向丙中加入 0.1mol Cu(OH)2,恰好恢复到反应前的浓度,将乙中溶液加水稀释至200mL,溶液的 pH0;

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△H<0(填“>”、“<”或“=”).
(3)脱硫.燃煤废气经脱硝、脱碳后,与一定量氨气、空气反应生成硫酸铵.室温时,向(NH4)2SO4,溶液中滴人NaOH溶液至溶液呈中性,则所得溶液中微粒浓度大小关系c(Na+)=c(NH3•H2O).(填“>”、“<”或“=”)

分析 (1)已知:①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ•mol-1
根据盖斯定律,(①+②)×$\frac{1}{2}$可得:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),△H=$\frac{1}{2}$(△H1+△H2);
(2)①原电池中负极上发生氧化反应,负极上CH3OH失电子,碱性条件下生成碳酸根与水;
丙中加入0.1mol Cu(OH)2恰好恢复到反应前的浓度,丙中阳极发生氧化反应生成氧气,说明丙中阳极生成氧气为0.1mol,则转移电子为0.1mol×4=0.4mol,乙中AgNO3的物质的量为0.1L×2mol/L=0.2mol,乙中银离子完全放电转移电子为转移电子为0.2mol,故水还会放电,根据电荷守恒可知得到硝酸为0.2mol,进而计算稀释后溶液pH;
②由图可知,到达平衡后,温度越高,φ(CH3OH)越小,平衡向逆反应进行;
(3)根据电荷守恒:c(NH4+)+c(Na+)+c(H+)=2c(SO42-)+c(OH-),由物料守恒可知c(NH4+)+c(NH3•H2O)=2c(SO42-),结合溶液呈中性,联立判断.

解答 解:(1)已知:①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=-1160kJ•mol-1
根据盖斯定律,(①+②)×$\frac{1}{2}$可得:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),△H=$\frac{1}{2}$(△H1+△H2)=-867kJ/mol,
反应热化学方程式为:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867 kJ/mol,
故答案为:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867 kJ/mol;
(2)①①原电池中负极上发生氧化反应,负极上CH3OH失电子,碱性条件下生成碳酸根与水,电极反应式为:CH3OH-6e-+8OH -=CO32-+6 H2O,
丙中加入0.1mol Cu(OH)2恰好恢复到反应前的浓度,丙中阳极发生氧化反应生成氧气,说明丙中阳极生成氧气为0.1mol,则转移电子为0.1mol×4=0.4mol,乙中AgNO3的物质的量为0.1L×2mol/L=0.2mol,乙中银离子完全放电转移电子为转移电子为0.2mol,故水还会放电,根据电荷守恒可知得到硝酸为0.2mol,稀释后溶液中氢离子浓度为$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L,则稀释后溶液pH=-lg1=0,
故答案为:CH3OH-6e-+8OH -=CO32-+6 H2O;0;
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)根据电荷守恒:c(NH4+)+c(Na+)+c(H+)=2c(SO42-)+c(OH-),溶液呈中性,而c(H+)=c(OH-),故c(NH4+)+c(Na+)=2c(SO42-),由物料守恒可知c(NH4+)+c(NH3•H2O)=2c(SO42-),联立可得c(Na+)=c(NH3•H2O),
故答案为:=.

点评 本题考查热化学方程式、电化学及计算、化学平衡影响因素、离子浓度大小比较解等,培养了学生分析问题解决问题的能力,需要学生具备扎实的基础,难度中等.

练习册系列答案
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