Question

8．火力發(fā)電廠釋放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等氣體會(huì)造成環(huán)境污染和溫室效應(yīng)．對(duì)燃煤廢氣進(jìn)行脫硝、脫硫和脫碳等處理，可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排、廢物利用等目的．
（1）脫硝．利用甲烷催化還原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
甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol．
（2）脫碳．將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
①取五份等體積的CO₂和H₂的混合氣體（物質(zhì)的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間后，測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）　與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖1所示，則上述反應(yīng)的△H₃＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一恒溫恒容密閉容器中充入1molCO₂和3molH₂，進(jìn)行上述反應(yīng)．測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示．

試回答：0～10min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為0.225mol•L^-1•min^-1；該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為$\frac{16}{3}$（結(jié)果保留一位小數(shù)）；第10min后，向該容器中再充入1molCO₂和3molH₂，則再次達(dá)到平衡時(shí)CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)變大（填“變大”、“減少”、“不變”）．
（3）脫硫．
①某種脫硫工藝中將廢棄經(jīng)處理后，與一定量的氨氣、空氣反應(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產(chǎn)品化肥．在一定物質(zhì)的量濃度的硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液．使溶液的pH=7，則溶液中：c（Na⁺）+c（H⁺）＜c（NO₃^-）+c（OH^-）（填“＞”、“＜”“=”）．
②如圖3電解裝置可將霧霾中的NO、SO₂分別轉(zhuǎn)化為NH₄⁺和SO₄^2-．物質(zhì)A的化學(xué)式為H₂SO₄，陰極的電極反應(yīng)式是NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律和熱化學(xué)方程式的意義和書(shū)寫(xiě)方法，（①+②）×$\frac{1}{2}$得到熱化學(xué)方程式；
（2）①圖象分析，甲醇含量隨溫度變化的曲線特征，開(kāi)始反應(yīng)進(jìn)行，平衡后，升溫平衡逆向進(jìn)行，根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響知識(shí)來(lái)回答；
②三段式來(lái)計(jì)算平衡濃度，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$以及平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算，0～10min內(nèi)，二氧化碳的平均反應(yīng)速率=$\frac{1.0mol/L-0.25mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），所以氫氣的反應(yīng)速率是3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min），
         CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始濃度：1       3          0         0
變化濃度：0.75     2.25     0.75      0.75
平衡濃度：0.25     0.75     0.75       0.75
平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；并根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響知識(shí)來(lái)回答；
（3）①溶液中銨根離子水解顯示酸性，硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液溶液的pH=7，則氫離子和氫氧根離子濃度相等，根據(jù)電荷守恒來(lái)計(jì)算；
②電解裝罝可將霧霾中的NO、SO₂分別轉(zhuǎn)化為NH₄⁺和SO₄^2-，則電解方程式為5SO₂+2NO+8H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$（NH₄）₂SO₄+4H₂SO₄，根據(jù)電解方程式結(jié)合電解原理分析

解答 解：（1）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
由蓋斯定律（①+②）×$\frac{1}{2}$得到熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$（-574kJ•mol^-1-1160kJ•mol^-1）=-867 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
（2）①根據(jù)圖象分析知道：溫度升高，甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）減小，平衡逆向移動(dòng)，所以反應(yīng)是放熱的，即△H＜0，
故答案為：＜；
 ②0～10min內(nèi)，二氧化碳的平均反應(yīng)速率=$\frac{1.0mol/L-0.25mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），所以氫氣的反應(yīng)速率是3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min），
         CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始濃度：1       3          0         0
變化濃度：0.75     2.25     0.75      0.75
平衡濃度：0.25     0.75     0.75       0.75
所以平衡常數(shù)K=$\frac{0.7{5}^{2}}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，會(huì)使得壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，所以再次達(dá)到平衡時(shí)CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)變大，
故答案為：0.225；$\frac{16}{3}$；變大；
（3）①硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，溶液中存在電荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）+c（OH^-），則c（Na⁺）+c（H⁺）＜c（NO₃^-）+c（OH^-），
故答案為：＜；
②電解裝罝可將霧霾中的NO、SO₂分別轉(zhuǎn)化為NH₄⁺和SO₄^2-，則電解方程式為5SO₂+2NO+8H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$（NH₄）₂SO₄+4H₂SO₄，由電解方程式可知，物質(zhì)A為硫酸，其的化學(xué)式H₂SO₄； 電解時(shí)，陽(yáng)極上二氧化硫失電子生成硫酸根離子，則陽(yáng)極的電極反應(yīng)式是SO₂+2H₂O-2 e^-═SO₄^2-+4H⁺，陰極反應(yīng)式為：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，
故答案為：H₂SO₄；NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡計(jì)算、反應(yīng)熱與焓變、電解原理、化學(xué)平衡的影響等知識(shí)，題目難度較大，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，注意掌握蓋斯定律的內(nèi)容及應(yīng)用方法．