Question

火力发电厂释放出大量的氮氧化物（NOx）、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染．对燃煤废气进行脱硝

火力发电厂释放出大量的氮氧化物（NOx）、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染．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-1 CH4（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转化为甲醇的热化学方程式为：CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）△H3①取五份等体积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（见图1），则上述CO2转化为甲醇反应的△H3______0（填“＞”、“＜”或“=”）．②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）的浓度随时间变化如图2所示．下列说法正确的是______（填字母代号）．A．第10min后，向该容器中再充入1mol CO2和3mol H2，则再次达到平衡时c（CH3OH）=1.5mol/LB．达到平衡时，氢气的转化率为0.75C．0～10分钟内，氢气的平均反应速率为0.075mol/（L?min）D．该温度下，反应的平衡常数的值为3/16E．升高温度将使n（CH3OH）/n（CO2）增大③直接甲醇燃料电池结构如图3所示．其工作时负极电极反应式可表示为______．（3）脱硫．某种脱硫工艺中将废气经处理后，与一定量的氨气、空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥．设烟气中的SO2、NO2的物质的量之比为1：1，则该反应的化学方程式为______．

Answer 1

（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，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
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ?mol^-1
（2）①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．
故答案为：＜
②由图2可知，开始二氧化碳的浓度为1.0mol/L，开始容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，所以开始氢气的浓度为3.0mol/L，容器体积为

1.0mol

1.0mol/L

=1L．
平衡时，甲醇的浓度为0.75mol/L
               CO₂（g）+3H₂（g） 

一定条件

 CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始（mol/L）：1        3                    0        0
变化（mol/L）：0.75     2.25                0.75     0.75
平衡（mol/L）：0.25     0.75                0.75     0.75
A、通过上述计算可知二氧化碳的转化率为

0.75mol/L

1.0mol/L

×100%=75%，再充入1mol CO₂和3mol H₂，可等效为开始体积变为原来的2倍，加入2mol CO₂和6mol H₂，平衡后，再将体积压缩为原来的体积，增大压强平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动，反应物的转化率增大，所以再次达到平衡时c（CH₃OH）＞1.5mol/L，故A错误；
B、通过上述计算可知氢气的转化率为

2.25mol/L

3mol/L

×100%=75%，故B正确；
C、10分钟内，氢气的平均反应速率为v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?min），故C错误；
D、该温度下该反应的K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?[c(H2)]3

=

0.75×0.75

0.25×(0.75)3

=

16

3

，故D错误；
E、该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应进行，n（CH₃OH）减小，n（CO₂）增大，所以n（CH₃OH）/n（CO₂）值减小，故E错误．
故选：B
③总反应式为2 CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，
正极反应式：3O₂+12H⁺+12e^-═6H₂O；
总反应式减去正极反应式即为负极反应式，
所以负极反应式为：2CH₃OH+2H₂O-12e^-═12H⁺+2CO₂；
故答案为：2CH₃OH+2H₂O-12e^-═12H⁺+2CO₂
（3）反应方程式为12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃
故答案为：12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃