Question

火力发电厂释放出大量氮氧化合物(NO_x)、SO₂和CO₂等气体会造成环境问题。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

写出CH₄(g)与NO₂(g)反应生成N₂(g)、CO₂(g)和H₂O(g)的热化学方程式：_________________。

(2)脱碳。

方法一：在恒容密闭容器中将CO₂转化为甲醇：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)

①下列条件可以判定该反应到达平衡状态的是_________(填字母)。

A．2v_正(H₂)＝v_逆(CH₃OH)                B．容器内气体的密度不变

C．容器内压强不变                        D．反应不再释放热量

方法二：让一定量的CO₂与足量碳在体积可变的密闭容器中反应：C(s)＋CO₂(g)2CO(g) ∆H，测得压强、温度对CO的体积分数[φ(CO)％]的影响如图所示，回答下列问题： 

② 图中p₁、p₂、p₃的大小关系是_________________，图中a、b、c三点对应的平衡常数K_a、K_b、K_c大小关系是____________。

③ 900 ℃、1.013 MPa时，1 mol CO₂与足量碳反应达平衡后容器的体积为V L，CO₂的转化率为______(保留一位小数)，该反应的平衡常数K＝_________。

方法三：用NaOH溶液吸收CO₂。

④在NaOH溶液中通入一定量的CO₂气体，所得溶液中c(HCO₃^2－):c(CO₃^2－)=4:1，此时溶液的pH=_______。(已知：室温下，H₂CO₃的K₁=4×10^－7，K₂=5×10^－11。lg2=0.3)

(3)脱硫。燃煤废气经脱硝、脱碳后，与一定量氨气、空气反应，生成(NH₄)₂SO₄。(NH₄)₂SO₄水溶液呈酸性的原因是_______________(用离子方程式表示)；室温时，向(NH₄)₂SO₄溶液中滴入NaOH溶液至溶液呈中性，则所得溶液中微粒浓度大小关系c(Na^＋)____c(NH₃·H₂O)(填“＞”、“＜”或“=”)。

Answer

CH4(g)+2NO2(g)==N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)  △H＝－867 kJ/mol​​​​​​​ CD p1＜p2＜p3 Ka＝Kb＜Kc 66.7%  mol/L 9.7 NH4++H2ONH3·H2O+H+ =

【解析】

(1)CH4(g)＋4NO2(g)==4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)    △H1＝－574 kJ/mol ①

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

将(①+②)÷2，即得CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式。

(2)①A．速率之比不等于化学计量数之比；

B．不管反应是否达平衡，容器内气体的密度始终不变；

C．因为反应前后气体分子数不等，所以平衡前，容器内压强始终改变；

D．反应不再释放热量，则表明反应达平衡状态。

② 因为反应物的气体分子数小于生成物的气体分子数，所以减小压强，CO的体积分数[φ(CO)％]增大，由此可得出图中p1、p2、p3的大小关系；由图中温度与CO的体积分数[φ(CO)％]关系，可确定正反应为吸热反应，温度升高，平衡常数增大，由此可确定Ka、Kb、Kc大小关系。

③ 900 ℃、1.013 MPa时，φ(CO)％=80%，建立三段式，可求出CO2的转化率和该反应的平衡常数K。

④在NaOH溶液中通入一定量的CO2气体，所得溶液中c(HCO32－):c(CO32－)=4:1，此时溶液中存在平衡CO32-＋H2OHCO3-＋OH-，Kb==，代入数据即可求出c(OH-)，从而求出pH。

(3)(NH4)2SO4为强酸弱碱盐，NH4+水解使溶液呈酸性；室温时，向(NH4)2SO4溶液中滴入NaOH溶液至溶液呈中性，则反应生成NaNH4SO4和NH3∙H2O，且NH4+不水解，NH3∙H2O不电离，由此可得出c(Na＋)与c(NH3·H2O)的关系。

(1)CH4(g)＋4NO2(g)==4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)    △H1＝－574 kJ/mol ①

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

将(①+②)÷2，即得CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)==N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)  △H＝－867 kJ/mol​​​​​​​。答案为：CH4(g)+2NO2(g)==N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)  △H＝－867 kJ/mol​​​​​​​；

(2) ①A．速率之比不等于化学计量数之比，不是平衡状态，A不合题意；

B．不管反应是否达平衡，容器内气体的密度始终不变，则密度不变时不一定是平衡状态，B不合题意；

C．因为反应前后气体分子数不等，所以平衡前，容器内压强始终改变，压强不变，说明反应达平衡，C符合题意；

D．反应不再释放热量，则表明反应达平衡状态，D符合题意。答案为：CD。

② 因为反应物的气体分子数小于生成物的气体分子数，所以相同温度时，减小压强，CO的体积分数[φ(CO)％]增大，由图中CO的体积分数[φ(CO)％]关系，可确定p1、p2、p3的大小关系为p1