Question

火力發電廠產生大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等氣體會造成環境污染．對燃煤廢氣進行脫硝、脫硫和脫碳等處理，可實現綠色環保、節能減排、廢物利用等目的．
（1）脫硝．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的熱化學方程式為______．
（2）脫碳．將CO₂轉化為甲醇的化學方程式為：
CO₂+3H₂CH₃OH（g）+H₂O（g）
①取五份等體積CO₂和H₂的混合氣體（物質的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發生上述反應，tmin后，測得甲醇的體積分數φ（CH₃OH） 與反應溫度T的關系曲線如圖所示，則上述合成甲醇的反應的逆反應為______反應（填“放熱”或“吸熱”）．
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．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．下列說法正確的是______
A．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^-1
B．0～10min內，氫氣的平均反應速率為0.075mol?L^-1?min^-1
C．達到平衡時，氫氣的轉化率為75%
D．該溫度下，反應的平衡常數的值為3/16
E．升高溫度將使n（CH₃OH）/n（CO₂）減小
③能說明CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）達到平衡狀態的是______
A．生成甲醇的速率與生成水的速率相等
B．v（H₂）=3v（CH₃OH）
C．恒容容器中，體系的壓強不再改變
D．恒容容器中，混合氣體密度不再發生改變
④右圖表示反應CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）進行過程中能量的變化．在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，達到平衡后，采取下列措施中能使c（CH₃OH）增大的是______．
A．使用新高效催化劑              B．充入He（g），使體系壓強增大
C．將H₂O（g）從體系中分離出來   D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
⑤甲醇燃料電池結構如圖所示，其工作時正極的電極反應式可表示為______．
（3）脫硫．某種脫硫工藝中將廢氣經處理后，與一定量的氨氣、空氣反應，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產品化肥．  
硫酸銨溶液的pH＜7，其原因為：______（用離子方程式表示）；在一定物質的量濃度的硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，則溶液中c（Na⁺）______c（NO₃^-）（選填“大于”、“等于”或“小于”）

Answer 1

【答案】分析：（1）根據已知反應和目標反應及蓋斯定律來計算反應熱，并書寫熱化學反應方程式；
（2）①由圖可知，最高點以后隨溫度的升高，甲醇的體積分數減小，則正反應為放熱反應；
②根據化學平衡的三段法計算來分析；
③根據化學平衡的特征“等”與“定”來分析；
④能使c（CH₃OH）增大，則化學平衡應正向移動，以此來分析；
⑤甲醇燃料電池中，負極為甲醇，正極為氧氣，正極發生還原反應；
（3）硫酸銨溶液的pH＜7，利用鹽類水解來分析；硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，利用電荷守恒來分析離子濃度的關系．
解答：解：（1）由①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1，
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1，
根據蓋斯定律可知，可得CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），
則△H==-867 kJ/mol，
即熱化學反應方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
（2）①由圖可知，最高點以后隨溫度的升高，甲醇的體積分數減小，則正反應為放熱反應，則該反應的逆反應為吸熱反應，
故答案為：吸熱；      
②CO₂+3H₂CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始 1   3            0       0
轉化0.75 2.25        0.75     0.75
平衡 0.25 0.75        0.75    0.75
A．10min后，向該密閉容器中再充入1mol CO₂和3molH₂，化學平衡正向移動，則再次達到平衡時
c（CH₃OH）＞1.5mol?L^-1，故A錯誤；
B．0～10min內，氫氣的平均反應速率為=0.225mol?L^-1?min^-1，故B錯誤；
C．達到平衡時，氫氣的轉化率為×100%=75%，故C正確；
D．該溫度下，反應的平衡常數的值為=3，故D錯誤；
E．該反應為放熱反應，升高溫度化學平衡逆向移動，則將使n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故E正確；
故答案為：CE；       
③A．生成甲醇的速率與生成水的速率相等，只能說明正反應的關系，無法確定正逆反應速率的關系，故A錯誤；
B．由v（H₂）=3v（CH₃OH）可知，反應速率之比等于化學計量數之比，但無法確定是否達到平衡，故B錯誤；
C．該反應為反應前后體積不等的反應，則在恒容容器中，體系的壓強不再改變，化學反應達到平衡，故C正確；
D．恒容容器中，混合氣體密度不再發生改變，因質量與體積始終不變，則密度一直不變，不能作為判斷平衡的方法，故D錯誤；
故答案為：C；   
④A．使用新高效催化劑，化學平衡不移動，則c（CH₃OH）不變，故A錯誤；              
B．充入He（g），使體系壓強增大，但體積不變，反應體系中的濃度不變，化學平衡不移動，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離出來，能使化學平衡正向移動，使c（CH₃OH）增大，故C正確；
D．再充入1mol CO₂和3molH₂，壓強增大，化學平衡正向移動，則c（CH₃OH）增大，故D正確；
故答案為：CD；    
⑤甲醇燃料電池中，正極為氧氣，正極發生還原反應，則正極反應式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
（3）由題意可知，硫酸銨溶液的pH＜7，硫酸銨為強酸弱堿鹽，則銨根離子水解顯酸性，水解離子反應為NH₄⁺+H₂O NH₃?H₂O+H⁺，
硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液，由電荷守恒可知，c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=c（NO₃^-）+c（OH^-），而pH=7，則c（H⁺）=c（OH^-），
所以c（NH₄⁺）+c（Na⁺）=c（NO₃^-），即c（Na⁺）＜c（NO₃^-），故答案為：NH₄⁺+H₂O NH₃?H₂O+H⁺；小于．
點評：本題綜合性強，難度較大，主要考查反應熱、化學平衡、原電池、鹽類水解等知識，注重對高考考點的考查，（2）為學生解答的難度和易錯點．