Question

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．對燃煤廢氣進(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______．
（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＜0
①在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，進(jìn)行上述反應(yīng)．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．下列說法正確的是______（填字母代號）．
A．第10min后，向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，則再次達(dá)到平衡時(shí)c（CH₃OH）=1.5mol?L^-1
B．0～10min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為0.075mol/（L?min）
C．達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的轉(zhuǎn)化率為75%
D．該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為
E．升高溫度將使減小
②甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)如圖2所示．其工作時(shí)正極的電極反應(yīng)式可表示為：______．
（3）脫硫．某種脫硫工藝中將廢氣經(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．硫酸銨和硝酸銨的水溶液的pH＜7，其中原因可用一個(gè)離子方程式表為：______；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^-）（填寫“＞”“=”或“＜”）．

Answer 1

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
不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的．兩式相加，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
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ?mol^-1；
（2）①由圖2可知，開始二氧化碳的濃度為1.0mol/L，開始容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，所以開始?xì)錃獾臐舛葹?.0mol/L，容器體積為=1L．
平衡時(shí)，甲醇的濃度為0.75mol/L
CO₂（g）+3H₂（g） CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：1 3 0 0
變化（mol/L）：0.75 2.25 0.75 0.75
平衡（mol/L）：0.25 0.75 0.75 0.75
A、通過上述計(jì)算可知二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為×100%=75%，再充入1mol CO₂和3mol H₂，可等效為開始體積變?yōu)樵瓉淼?倍，加入2mol CO₂和6mol H₂，平衡后，再將體積壓縮為原來的體積，增大壓強(qiáng)平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)移動(dòng)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大，所以再次達(dá)到平衡時(shí)c（CH₃OH）＞1.5mol/L，故A錯(cuò)誤；
B、10分鐘內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為v（H₂）==0.225mol/（L?min），故C錯(cuò)誤；
C．通過上述計(jì)算可知?dú)錃獾霓D(zhuǎn)化率為×100%=75%，故C正確；
D、該溫度下該反應(yīng)的K===，故D錯(cuò)誤；
E、該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，n（CH₃OH）減小，n（CO₂）增大，所以n（CH₃OH）/n（CO₂）值減小，故E正確．
故選：CE；
②正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，所以電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
（3）硫酸銨和硝酸銨都是強(qiáng)酸弱堿鹽，銨根離子易水解而使其溶液呈酸性，水解離子方程式為：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺，溶液呈中性，則c（H⁺）=c（OH^-），溶液中存在電荷守恒，則c（Na⁺）+c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）+c（OH^-），所以c（Na⁺）+c（H⁺）＜c（NO₃^-）+c（OH^-），
故答案為：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺；＜．
分析：（1）利用蓋斯定律分析；
（2）①A、再充入1mol CO₂和3mol H₂，可等效為開始體積變?yōu)樵瓉淼?倍，加入2mol CO₂和6mol H₂，平衡后，再將體積壓縮為原來的體積，增大壓強(qiáng)平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)移動(dòng)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大；
B、利用v=計(jì)算v（H₂）判斷；
C、根據(jù)轉(zhuǎn)化率的定義計(jì)算判斷；
D、該溫度下該反應(yīng)的K=，代入數(shù)據(jù)計(jì)算；
E、該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，n（CH₃OH）減小，n（CO₂）增大．
②正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（3）強(qiáng)酸弱堿鹽易水解而使其溶液呈酸性，根據(jù)電荷守恒判斷．
點(diǎn)評：本題考查了蓋斯定律、原電池原理、化學(xué)平衡、鹽類水解等知識點(diǎn)，難點(diǎn)是化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算，有關(guān)化學(xué)平衡的計(jì)算是考試熱點(diǎn)，難度中等．