Question

火力發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，反應如下：
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．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．

則0～10min內，H₂的平均反應速率為

0.225mol/（L?min）

；達到平衡時，CO₂的轉化率為

75%

；該溫度下該反應的 K=

16/3

．
②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，相同時間后，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，則上述反應的△H₃

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）．

（3）脫硫．某種脫硫工藝是將廢氣經處理后，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．設燃煤廢氣中的SO₂、NO₂的物質的量之比為1：1，則該反應的化學方程式為：

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）根據蓋斯定律，利用已知化學反應方程式乘以某個系數相加或相減，構造出目標化學反應方程式，該化學反應的焓變即為已知化學反應方程式的焓變乘以某個系數相加或相減得到．
（2）①先根據圖表，利用v=

△c

△t

計算v（CO₂），再利用各物質的反應速率之比等于計量數之比，確定v（H₂）；
CO₂的轉化率為α（CO₂）=

△c(CO2)

C(CO2)起始

×100%；
該溫度下該反應的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，平衡向逆反應進行；
（3）根據氧化還原反應配平書寫化學反應方程式；
（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，不管化學反應是一步完成還是分幾步完成，其反應熱是相同的．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，反應已經達平衡，△c（CO₂）=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以，
10min內，v（CO₂）=

△c(CO2)

△t

=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），反應速率之比等于計量數之比，
故v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min）；
CO₂的轉化率為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△H₃＜0．
故答案為：＜
（3）反應方程式為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，培養了學生分析問題解決問題的能力．