Question

火力發電廠燃煤排煙，釋放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等氣體．這些氣體直接排放到空氣中，將造成環境污染．為解決排煙污染問題，某發電廠采用如下措施，對燃煤煙氣進行脫硝、脫硫和脫碳等處理，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NOx：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ?mol^-1
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為：

 

（2）脫碳．將二氧化碳轉化為甲醇：CO₂+3H₂

催化劑

加熱、加壓

CH₃OH（g）+H₂O（g）；寫出該反應平衡常數K=

 

．
如圖表示某次合成實驗中甲醇的體積分數φ（CH₃OH）與反應溫度T的關系曲線，則上述二氧化碳轉化為甲醇反應的△H

 

0（填＞、=、或＜）．
（3）脫硫．用碳酸鈣作吸收劑與水配制成漿液，在吸收塔中洗滌煙氣并吸收SO₂，得到石膏（CaSO₄?2H₂O）．
電廠第一季度用煤300t（煤中含有硫2.8%），若燃燒時煤中的硫全部轉化成二氧化硫，且吸收脫硫過程中80%的硫轉化為轉化為石膏，則第一季度可生產石膏

 

噸．
（4）最新處理技術是用納米型氧缺位鐵酸鹽（MFe₂O_X3＜x＜4，M=Mn、Co等金屬）來處理燃煤排煙．常溫條件下，納米型氧缺位鐵酸鹽能使煙氣中的酸性氧化物轉化為單質，自身被氧化為MFe₂O₄．已知：93.2g納米型氧缺位鐵酸鋅（ZnFe₂O_X）能處理含SO₂ 0.01%的尾氣22400L（標準狀況），則ZnFe₂O_X中的x=

 

．

Answer 1

分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）根據平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積來解答；根據到達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應進行；
（3）根據關系式S～SO₂～CaSO₄?2H₂O來計算；
（4）利用電子守恒確定Fe元素的化合價，以此確定x．

解答：解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
利用蓋斯定律，由

①+②

2

得：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（2）將二氧化碳轉化為甲醇，該反應平衡常數K=

C( H2O)?C(CH3OH)

C(CO2)?C3(H2)

；由圖可知最高點反應到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應進行，升高溫度平衡吸熱方向進行，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，即△H＜0；
故答案為：

C( H2O)?C(CH3OH)

C(CO2)?C3(H2)

；＜；
（3）S～SO₂ ～CaSO₄?2H₂O
32                 172
300t×2.8%×80%     m

32

300t×2.8%×80%

=

172

m

，解得m=36.12t，
故答案為：36.12t；
（4）93.2g納米型氧缺位鐵酸鋅的物質的量為

93.2

177+16X

mol，SO₂的物質的量為

22400×0.01%

22.4

=0.1mol，1個納米型氧缺位鐵酸鋅（ZnFe₂O_X）失去（3-x+1）個電子，1個SO₂得到4個電子，由電子守恒可知，
量為

93.2

177+16X

×2×（3-x+1）=0.1mol×4，解得x=3.5，
故答案為：3.5．

點評：本題涉及熱化學方程式的書寫、平衡常數的概念、平衡狀態的判斷以及外界條件對平衡移動的影響等問題以及化學計算，在計算時，注意原理的掌握，題目難度中等．