Question

火力发电厂释放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染．对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理，可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的．
（1）脱硝．利用甲烷催化还原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
甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为______．
（2）脱碳．将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃

①取五份等体积的CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ（CH₃OH） 与反应温度T的关系曲线如图1所示，则上述CO₂转化为甲醇的反应的△H₃______0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，进行上述反应．测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．试回答：0～10min内，氢气的平均反应速率为______mol/；该温度下，反应的平衡常数的值为______；第10min后，向该容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，则再次达到平衡时CH₃OH（g）的体积分数______（填变大、减少、不变）．
（3）脱硫．某种脱硫工艺中将废气经处理后，与一定量的氨气、空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥．硫酸铵和硝酸铵的水溶液的pH＜7，其原因用离子方程式表示为______；在一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，则溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）______c（NO₃^-）+c（OH^-）（填写“＞”“=”或“＜”）

Answer

（1）根据盖斯定律和热化学方程式的意义和书写方法来回答；
（2）①根据温度对化学平衡移动的影响知识来回答；
②根据化学反应速率v=以及平衡常数的计算方法：三段式来计算，并根据压强对化学平衡移动的影响知识来回答；
（3）溶液中铵根离子水解显示酸性，硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液溶液的pH=7，则氢离子和氢氧根离子浓度相等，根据电荷守恒来计算．
【解析】
（1）已知：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
则CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=（-574kJ•mol-1-1160kJ•mol-1）=-867 kJ/mol
故答案为：CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867 kJ/mol；
（2）①根据图是内容知道：温度升高，甲醇的体积分数φ（CH3OH）减小，平衡逆向移动，所以反应是放热的，即△H＜0，故答案为：＜；
 ②0～10min内，二氧化碳的平均反应速率==0.075mol/（L•min），所以氢气的反应速率是3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min），
         CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）
初始浓度：1       3          0         0
变化浓度：0.75     2.25     0.75      0.75
平衡浓度：0.25     0.75     0.75       0.75
所以平衡常数K==
向该容器中再充入1mol CO2和3mol H2，会使得压强增大，平衡正向移动，所以则再次达到平衡时CH3OH（g）的体积分数变大，故答案为：0.225；；变大；
（3）硫酸铵和硝酸铵的水溶液的pH＜7，其原因是溶液中铵根离子水解显示酸性，即NH4++H2O═NH3•H2O+H+，硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，则溶液中c（Na+）+c（H+）+c（NH4+）=c（NO3-）+c（OH-），所以c（Na+）+c（H+）＜c（NO3-）+c（OH-），故答案为：＜．