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对环境造成严重影响。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＝－574 kJ/mol

CH₄(g）＋4NO(g）=2N₂(g）＋CO₂(g）＋2H₂O(g）   △H₂＝－1160 kJ/mol

则甲烷直接将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的关系曲线如右图所示，则上述CO₂转化为甲醇的反应热△H₃___________0（填“＞”、“＜”或“＝”），该反应的平衡常数表达式为_____________。

②在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，进行上述反应。测得CO₂和CH₃OH(g）的浓度随时间变化如右图所示。

试回答：0~10 min内，氢气的平均反应速率为______________mol/（L·min）。第10 min后，若向该容器中再充入1 mol CO₂和3 mol H₂，则再次达到平衡时CH₃OH(g）的体积分数___________（填“变大”、“减少”或“不变”）。

（3）脱硫。

①有学者想利用如右图所示装置用原电池原理将SO₂转化为重要的化工原料，A、B是惰性电极。

则电子流出的电极为_____________（用A或B表示），A极的电极反应式为_____________。

②某种脱硫工艺中将废气处理后，与一定量的氨气、空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物，可作为化肥。硫酸铵和硝酸铵的水溶液pH＜7，其原因用离子方程式表示为__________；常温下，向一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的氨水溶液，使溶液中的NO₃-和NH₄⁺的物质的量浓度相等，则溶液的pH          7（填写“＞”“＝”或“＜”）。

Answer

（1）CH4(g）＋2NO2(g）＝CO2(g）＋2H2O(g）＋N2(g）ΔH＝－867 kJ/mol；

（2）① <； K＝；② 0.225；变大；

（3）A；SO2－2e-＋2H2O＝SO42-＋4H+ ；NH4+＋H2ONH3.H2O＋H+ ；＝；

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，不管化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的，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-1，两式相加，整理得：CH4(g）＋2NO2(g）=CO2(g）＋2H2O(g）＋N2(g）ΔH＝－867 kJ/mol，故答案为：CH4(g）＋2NO2(g）=CO2(g）＋2H2O(g）＋N2(g）ΔH＝－867 kJ/mol；

（2）①由图可知最高点反应到达平衡，达平衡后，温度越高，φ（CH3OH）越小，平衡向逆反应进行，升高温度平衡吸热方向进行，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，即△H3＜0，根据方程式，CO2(g）＋3H2(g）CH3OH(g）＋H2O(g），化学平衡常数K=，故答案为：＜；；

②由图可知，10min时，反应已经达平衡，△c（CO2）=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以10min内，v（CO2）==0.075mol/（L•min），反应速率之比等于计量数之比，故v（H2）=3v（CO2）=3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min）；第10min后，向该容器中再充入1mol CO2和3mol H2，等效为增大压强，平衡向正反应移动，CH3OH（g）的体积分数增大，故答案为：0.225mol/（L•min）；变大；

（3）①该原电池中，负极上失电子被氧化，所以负极上投放的气体是二氧化硫，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，则A为负极，电子从A极流出，A电极发生的反应为：SO2-2e-+2 H2O=4H++SO42-；故答案为：A；SO2-2e-+2 H2O=4 H++SO42-；

②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氨水后，溶液中存在电荷守恒，有c（H+）+c（NH4+）=c（NO3-）+c（OH-），当溶液中的NO3-和NH4+的物质的量浓度相等时，c（H+）=c（OH-），溶液的pH=7，,故答案为：NH4++H2O═NH3•H2O+H+；=。

考点：考查了化学反应速率和化学平衡的计算；盖斯定律的应用；化学平衡图像；盐类水解的相关知识。