Question

（15分）火力发电厂释放出大量氮氧化物（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＝－574 kJ·mol－1

CH4(g) ＋ 4NO(g) ＝2N2(g) ＋ CO2(g) ＋ 2H2O(g) △H2＝－1160 kJ·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1 mol CO2和3 mol 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：0~10 min内，氢气的平均反应速率为 mol/(L·min)；第10 min后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol 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(SO32-)︰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 由上表判断，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(SO32-)+c(HSO3-)

b．c(Na+) > c(HSO3-) > c(SO32-) > c(H+) = c(OH-)

c．c(Na+) + c(H+) = c(SO32-) + c(HSO3-) + c(OH-)

 

Answer 1

(15分)

（1）CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867 kJ?mol-1（3分）

（2）①0.225 （2分）；正向（2分）

②＜（2分）

（3）①酸（2分）溶液中存在：HSO3- SO32- ＋ H+ HSO3-＋H2O H2SO3＋OH-电离程度大于水解程度，故溶液显酸性（2分）

②ab（2分）

【解析】

试题分析：（1）首先写出CH4将NO2还原为N2的化学方程式并注明状态，然后根据盖斯定律求出焓变，第1步反应根据NO2，第2步反应根据N2可得：?H=1/2?H1+1/2?H2=-867 kJ?mol-1，进而写出热化学方程式。

（2）①0~10 min内，氢气的平均反应速率v（H2）=3v（CH3OH）=3×0.75mol/L÷10min=0.225 mol/（L·min）；

根据三段式求算各物质平衡浓度：CO2（g）＋3H2（g） CH3OH（g）＋H2O（g）

初始浓度（mol?L?1） 1.00 3 0 0

转化浓度（mol?L?1） 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡浓度（mol?L?1） 0.25 0.75 0.75 0.75

平衡常数K=0.75×0.75÷（0.25×0.753）=5.33，向该密闭容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，浓度商Q=0.75×1.75÷（1.25×0.753）=2.49 < K，则平衡正向移动。

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。

（3）①由表格中的数据可知，HSO3-越多，酸性越强，所以NaHSO3溶液显酸性；HSO3?电离生成氢离子，电离方程式为HSO3-?H++SO32-，同时HSO3?还能水解，HSO3-＋H2O H2SO3＋OH-，溶液显酸性是因其电离大于其水解。

②当溶液呈中性时，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（SO32-）+c（HSO3-）+c（OH-），中性溶液则c（H+）═c（OH-），则c（Na+）═2c（SO32-）+c（HSO3-），正确；b．SO32-+H2O?HSO3-+OH-，HSO3-?H++SO32-，亚硫酸两步水解，则离子浓度为c（Na+）＞c（HSO3-）＞c（SO32-）＞c（H+）=c（OH-），正确；c．根据电荷守恒可得：c（Na+）+c（H+）═2c（SO32-）+c（HSO3-）+c（OH-），错误。

考点：本题考查热化学方程式的书写。