Question

火力發(fā)電廠燃煤排煙，釋放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等氣體．這些氣體直接排放到空氣中，將造成環(huán)境污染．為解決排煙污染問題，某發(fā)電廠采用如下措施，對(duì)燃煤煙氣進(jìn)行脫硝、脫硫和脫碳等處理，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NOx：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ?mol^-1
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為：

 

（2）脫碳．將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇：CO₂+3H₂

催化劑

加熱、加壓

CH₃OH（g）+H₂O（g）；寫出該反應(yīng)平衡常數(shù)K=

 

．
如圖表示某次合成實(shí)驗(yàn)中甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線，則上述二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的△H

 

0（填＞、=、或＜）．
（3）脫硫．用碳酸鈣作吸收劑與水配制成漿液，在吸收塔中洗滌煙氣并吸收SO₂，得到石膏（CaSO₄?2H₂O）．
電廠第一季度用煤300t（煤中含有硫2.8%），若燃燒時(shí)煤中的硫全部轉(zhuǎn)化成二氧化硫，且吸收脫硫過程中80%的硫轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為石膏，則第一季度可生產(chǎn)石膏

 

噸．
（4）最新處理技術(shù)是用納米型氧缺位鐵酸鹽（MFe₂O_X3＜x＜4，M=Mn、Co等金屬）來處理燃煤排煙．常溫條件下，納米型氧缺位鐵酸鹽能使煙氣中的酸性氧化物轉(zhuǎn)化為單質(zhì)，自身被氧化為MFe₂O₄．已知：93.2g納米型氧缺位鐵酸鋅（ZnFe₂O_X）能處理含SO₂ 0.01%的尾氣22400L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則ZnFe₂O_X中的x=

 

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積來解答；根據(jù)到達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行；
（3）根據(jù)關(guān)系式S～SO₂～CaSO₄?2H₂O來計(jì)算；
（4）利用電子守恒確定Fe元素的化合價(jià)，以此確定x．

解答：解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
利用蓋斯定律，由

①+②

2

得：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（2）將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇，該反應(yīng)平衡常數(shù)K=

C( H2O)?C(CH3OH)

C(CO2)?C3(H2)

；由圖可知最高點(diǎn)反應(yīng)到達(dá)平衡，達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，升高溫度平衡吸熱方向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0；
故答案為：

C( H2O)?C(CH3OH)

C(CO2)?C3(H2)

；＜；
（3）S～SO₂ ～CaSO₄?2H₂O
32                 172
300t×2.8%×80%     m

32

300t×2.8%×80%

=

172

m

，解得m=36.12t，
故答案為：36.12t；
（4）93.2g納米型氧缺位鐵酸鋅的物質(zhì)的量為

93.2

177+16X

mol，SO₂的物質(zhì)的量為

22400×0.01%

22.4

=0.1mol，1個(gè)納米型氧缺位鐵酸鋅（ZnFe₂O_X）失去（3-x+1）個(gè)電子，1個(gè)SO₂得到4個(gè)電子，由電子守恒可知，
量為

93.2

177+16X

×2×（3-x+1）=0.1mol×4，解得x=3.5，
故答案為：3.5．

點(diǎn)評(píng)：本題涉及熱化學(xué)方程式的書寫、平衡常數(shù)的概念、平衡狀態(tài)的判斷以及外界條件對(duì)平衡移動(dòng)的影響等問題以及化學(xué)計(jì)算，在計(jì)算時(shí)，注意原理的掌握，題目難度中等．