Question

火力發(fā)電廠釋放的燃煤廢氣中含有大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等氣體會造成環(huán)境污染．對燃煤廢氣進行脫硝、脫硫和脫碳等處理，可實現(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，反應(yīng)如下：
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
在一定條件下，甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為：

2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol

．
（2）脫碳．將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學方程式為：
CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H₃
①在1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，在一定溫度下，進行上述反應(yīng)．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．

則0～10min內(nèi)，H₂的平均反應(yīng)速率為

0.225mol/（L?min）

；達到平衡時，CO₂的轉(zhuǎn)化率為

75%

；該溫度下該反應(yīng)的 K=

16/3

．
②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)，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)系曲線如圖所示，則上述反應(yīng)的△H₃

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）．

（3）脫硫．某種脫硫工藝是將廢氣經(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．設(shè)燃煤廢氣中的SO₂、NO₂的物質(zhì)的量之比為1：1，則該反應(yīng)的化學方程式為：

12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃

．
（4）硫酸銨和硝酸銨的水溶液的pH＜7，其原因是

NH₄⁺+H₂ONH₃?H₂O+H⁺

（用離子方程式表示）．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，利用已知化學反應(yīng)方程式乘以某個系數(shù)相加或相減，構(gòu)造出目標化學反應(yīng)方程式，該化學反應(yīng)的焓變即為已知化學反應(yīng)方程式的焓變乘以某個系數(shù)相加或相減得到．
（2）①先根據(jù)圖表，利用v=

△c

△t

計算v（CO₂），再利用各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比，確定v（H₂）；
CO₂的轉(zhuǎn)化率為α（CO₂）=

△c(CO2)

C(CO2)起始

×100%；
該溫度下該反應(yīng)的K=

c(CH3OH)平衡c(H2O)平衡

c(CO2)平衡c3(H2)平衡

；
②到達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進行；
（3）根據(jù)氧化還原反應(yīng)配平書寫化學反應(yīng)方程式；
（4）硫酸銨和硝酸銨為強酸弱堿鹽，銨根離子水解．

解答：解：（1）因蓋斯定律，不管化學反應(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  
故答案為：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol       
（2）①由圖可知，10min時，反應(yīng)已經(jīng)達平衡，△c（CO₂）=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以，
10min內(nèi)，v（CO₂）=

△c(CO2)

△t

=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比，
故v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min）；
CO₂的轉(zhuǎn)化率為α（CO₂）=

△c(CO2)

C(CO2)起始

×100%=

0.75mol/L

1.00mol/L

×100%=75%；
平衡時，各組分的濃度分別為：c（CO₂）_平衡=0.25mol/L，c（H₂）_平衡=

3mol

1L

-3×0.75mol/L=0.75mol/L，
c（H₂O）_平衡=c（CH₃OH）_平衡=0.75mol/L，
該溫度下該反應(yīng)的K=

c(CH3OH)平衡c(H2O)平衡

c(CO2)平衡c3(H2)平衡

=

0.75mol/L×0.75mol/L

0.25mol/L×(0.75mol/L)3

=16/3，
故答案為：0.225mol/（L?min）；0.75；16/3
②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，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：＜
（3）反應(yīng)方程式為12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃
故答案為：12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃
（4）硫酸銨和硝酸銨為強酸弱堿鹽，銨根離子水解NH₄⁺+H₂ONH₃?H₂O+H⁺，溶液呈酸性．
故答案為：NH₄⁺+H₂ONH₃?H₂O+H⁺

點評：本題從多個角度對化石燃料進行了全面的考查，培養(yǎng)了學生分析問題解決問題的能力．