Question

霧霾已經(jīng)嚴重影響我們的生存環(huán)境．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造成環(huán)境污染．

（1）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）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)相同時間后，測得甲醇的體積分數(shù)φ（CH₃OH） 與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線（見圖甲），則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的△H₃

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，進行上述反應(yīng)．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖乙所示．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，則再次達到平衡時c（CH₃OH）=1.5mol/L
B．達到平衡時，氫氣的轉(zhuǎn)化率為0.75
C．0～10分鐘內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為0.075mol/（L?min）
D．該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為

3

16

E．升高溫度將使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大
（3）某種脫硫工藝中將煙氣經(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．設(shè)煙氣中的SO₂、NO₂的物質(zhì)的量之比為1：1，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（4）電化學(xué)降解NO

- 3

的原理如題圖丙所示．
①電源正極為

 

（填“A”或“B”），陰極反應(yīng)式為

 

．
②若電解過程中轉(zhuǎn)移了1mol電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差（△m_左-△m_右）為

 

g．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）利用蓋斯定律分析；
（2）①由圖可知最高點反應(yīng)到達平衡，到達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，升高平衡向逆反應(yīng)進行，據(jù)此判斷；
②A、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，增大壓強平衡向體積減小的方向移動，即向正反應(yīng)移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大；
B、利用v=

△n

△t

計算v（H₂）判斷；
C、根據(jù)轉(zhuǎn)化率的定義計算判斷；
D、該溫度下該反應(yīng)的K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

，代入數(shù)據(jù)計算；
E、該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)進行，n（CH₃OH）減小，n（CO₂）增大．
（3）根據(jù)反應(yīng)物和生成物結(jié)合守恒的方法書寫化學(xué)方程式；
（4）①由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負極，A為電源正極；在陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有氫離子參與反應(yīng)且有水生成；
②轉(zhuǎn)移2mol電子時，陽極（陽極反應(yīng)為H₂O失電子氧化為O₂和H⁺）消耗1mol水，產(chǎn)生2molH⁺進入陰極室，陽極室質(zhì)量減少18g；陰極室中放出0.2molN₂（5.6g），同時有2molH⁺（2g）進入陰極室．

解答： 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由圖可知最高點反應(yīng)到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)進行，升高溫度平衡吸熱方向進行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H₃＜0，故答案為：＜；
 ②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，所以開始氫氣的濃度為3.0mol/L，容器體積為

1.0mol

1.0mol/L

=1L．
平衡時，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、通過上述計算可知二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為

0.75mol/L

1.0mol/L

×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，增大壓強平衡向體積減小的方向移動，即向正反應(yīng)移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大，所以再次達到平衡時c（CH₃OH）＞1.5mol/L，故A錯誤；
B、通過上述計算可知氫氣的轉(zhuǎn)化率為

2.25mol/L

3mol/L

×100%=75%，故B正確；
C．10分鐘內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?min），故C錯誤；
D、該溫度下該反應(yīng)的K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

=

0.75×0.75

0.25×0.753

=

16

3

，故D錯誤；
E、該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)進行，n（CH₃OH）減小，n（CO₂）增大，所以

n(CH3OH)

n(CO2)

值減小，故E錯誤．
故選：B；
（3）煙氣中的SO₂、NO₂的物質(zhì)的量之比為1：1，一定量的氨氣、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．則有12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃，
故答案為：12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃；
（4）①由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負極，A為電源正極；在陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有H₂O參與反應(yīng)且有水生成，
所以陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：A，2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O；
②轉(zhuǎn)移2mol電子時，陽極（陽極反應(yīng)為H₂O失電子氧化為O₂和H⁺）消耗1mol水，產(chǎn)生2molH⁺進入陰極室，陽極室質(zhì)量減少18g；陰極室中放出0.2molN₂（5.6g），同時有2molH⁺（2g）進入陰極室，因此陰極室質(zhì)量減少3.6g，故膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差（△m左-△m右）=18g-3.6g=14.4g，轉(zhuǎn)移1mol電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差7.2g；
故答案為：7.2．

點評：本題以燃煤廢氣進行脫碳和脫硫等處理為載體，考查化學(xué)平衡有關(guān)圖象、反應(yīng)速率計算、平衡常數(shù)計算、影響化學(xué)平衡的因素、溶液配制等，難度中等，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題解決問題的能力，注意（1）①中圖象最高點起曲線上的各點都是平衡狀態(tài)．