Question

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．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转化为甲醇的热化学方程式为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H₃＜0
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）的浓度随时间变化如图1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^-1
B．0～10min内，氢气的平均反应速率为0.075mol/（L?min）
C．达到平衡时，氢气的转化率为75%
D．该温度下，反应的平衡常数的值为

3

16

E．升高温度将使

n(CH3OH)

n(CO2)

减小
②甲醇燃料电池结构如图2所示．其工作时正极的电极反应式可表示为：

 

．
（3）脱硫．某种脱硫工艺中将废气经处理后，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．硫酸铵和硝酸铵的水溶液的pH＜7，其中原因可用一个离子方程式表为：

 

；在一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，则溶液中：c（Na⁺）+c（H⁺）

 

c（NO₃^-）+c（OH^-）（填写“＞”“=”或“＜”）．

Answer 1

分析：（1）利用盖斯定律分析；
（2）①A、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=

[CH3OH][H2O]

[CO2][H2]3

，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．
②正极上氧化剂得电子发生还原反应；
（3）强酸弱碱盐易水解而使其溶液呈酸性，根据电荷守恒判断．

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） 

一定条件

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、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；
C．通过上述计算可知氢气的转化率为

2.25mol/L

3mol/L

×100%=75%，故C正确；
D、该温度下该反应的K=

[CH3OH][H2O]

[CO2][H2]3

=

0.75×0.75

0.25×(0.75)3

=

16

3

，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正确．
故选：CE；
②正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，所以电极反应式为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
（3）硫酸铵和硝酸铵都是强酸弱碱盐，铵根离子易水解而使其溶液呈酸性，水解离子方程式为：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺，溶液呈中性，则c（H⁺）=c（OH^-），溶液中存在电荷守恒，则c（Na⁺）+c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）+c（OH^-），所以c（Na⁺）+c（H⁺）＜c（NO₃^-）+c（OH^-），
故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺；＜．

点评：本题考查了盖斯定律、原电池原理、化学平衡、盐类水解等知识点，难点是化学平衡的有关计算，有关化学平衡的计算是考试热点，难度中等．