Question

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

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=-574kJ?mol-1CH4（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：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H3①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）浓度随时间变化如图1所示．回答：0～10min内，氢气的平均反应速率为______mol/（L?min）；第10min后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入1mol CO2（g）和1mol H2O（g），则平衡______（填“正向”、“逆向”或“不”）移动．②如图2，25℃时以甲醇燃料电池（电解质溶液为稀硫酸）为电源来电解300mL某NaCl溶液，正极反应式为______．在电解一段时间后，NaCl溶液的pH值变为13（假设NaCl溶液的体积不变），则理论上消耗甲醇的物质的量为______mol．③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3所示，则上述CO2转化为甲醇的反应的△H3______0（填“＞”、“＜”或“=”）．（3）脱硫．燃煤废气经脱硝、脱碳后，与一定量氨气、空气反应，生成硫酸铵．硫酸铵水溶液呈酸性的原因是______（用离子方程式表示）；室温时，向（NH4）2SO4，溶液中滴人NaOH溶液至溶液呈中性，则所得溶液中微粒浓度大小关系c（Na+）______c（NH3?H2O）．（填“＞”、“＜”或“=”）

Answer 1

（1）因盖斯定律，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．两式相加除2，可得
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol  
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol  
（2）①由图可知，10min时，反应已经达平衡，△c（CO₂）=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以10min内，v（CO₂）=

△c(CO2)

△t

=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），反应速率之比等于计量数之比，故v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min），
∵根据图象可知：c（CO₂）_平衡=0.25mol/L，c（CH₃OH）_平衡=0.75mol/L，因为CO₂的起始浓度为1mol/L而加入的物质的量为1mol，所以可知容器的体积为1L，再根据反应CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O可求得，c（H₂）_平衡=

3mol

1L

-3×0.75=0.75mol/L，c（H₂O）_平衡=c（CH₃OH）_平衡=0.75mol/L，
该温度下该反应的K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

=

0.75mol/L×0.75mol/L

0.25mol/L×(0.75mol/L)3

=

16

3

，保持温度不变，

向该密闭容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g）时，比值

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

=

0.75mol/L×1.75mol/L

1.25mol/L×(0.75mol/L)3

=

112

45

＜

16

3

，所以平衡要向正反应方向移动，
故答案为：0.225；正向；
②在甲醇燃料电池（电解质溶液为稀硫酸）中，正极发生还原反应，即O₂放电，根据电解质溶液为酸性溶液，得出正极反应为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
NaCl溶液的pH值变为13，即得出△n（OH^-）=（10^-1-10^-7）×0.3L=0.03mol=△n（H⁺），根据电解池中阴极的电极反应2H⁺+2e^-=H₂↑可知：
电解池的阴极得0.03mol电子．而流经四个电极的电量相等，根据燃料电池的负极反应CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺可知CH₃OH～6e^-，故失0.03mol电子时消耗0.005mol甲醇．
故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；  0.005 
③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，说明升高温度平衡向逆反应进行，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，故答案为：＜；
（3）（NH₄）₂SO₄为强酸弱碱盐，NH₄⁺水解显酸性：NH₄⁺+H₂O NH₃?H₂O+H⁺
向（NH₄）₂SO₄，溶液中滴人NaOH溶液至溶液呈中性，根据电荷守恒可得：C（NH₄⁺）+C（Na⁺）+C（H⁺）=C（OH^-）+2C（SO₄^2-） ①
根据物料守恒列式可得：C（NH₄⁺）+C（NH₄?H₂O）=2C（SO₄^2-）  ②
将①②联立即得：C（Na⁺）=C（NH₄?H₂O），
故答案为：NH₄⁺+H₂O NH₃?H₂O+H⁺；=