Question

火力发电厂释放的氮氧化物(NO_x)、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染和温室效应。对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理，可实现节能减排、废物利用等目的。

（1）脱硝：利用CH₄催化还原NO_x：

CH₄(g)+4NO₂(g)=4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    ΔH₁=−574kJ·mol^-1

CH₄(g)+4NO(g)=2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    ΔH₂=−1160kJ·mol^-1

CH₄直接将NO₂还原为N₂的热化学方程为___。

（2）脱碳：将CO₂转化为甲醇（CH₃OH）的热化学方程式如下：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)；ΔH₃

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的关系曲线如图所示，则上述反应的ΔH₃____0(填“＞”“＜”或“=”)；

②在一个恒温恒容密闭容器中充入1molCO₂和3molH₂，进行上述反应。测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

试回答：

0～10min内，CO₂的平均反应速率为___mol·L⁻¹·min⁻¹；该温度下，反应的平衡常数的值为___(结果保留一位小数)；第10min后，若向该容器中再充入1molCO₂和3molH₂，则再次达到平衡时CH₃OH(g)的体积分数____(填“增大”、“减小”或“不变”)。

（3）脱硫：①某种脱硫工艺将废气经处理后，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。设参与反应的SO₂、NO₂的物质的量之比为1∶1，则该反应的化学方程式为___。

②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___。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“＞”、“＜”或“=”)。

Answer

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867kJ/mol或2CH4（g）+4NO2（g）=2N2（g）+2CO2（g）+4H2O（g） △H=-1734kJ/mol < 0.075 5.3 增大 12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4(NH4)2SO4+4NH4NO3 NH4++H2ONH3•H2O+H+ ＜

【解析】

（1）根据盖斯定律，将两个方程式通过如下变换(①+②)得到目标热化学方程式：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH =(-574kJ·mol-1-1160kJ·mol-1)=-867 kJ/mol；

（2）①根据图象分析知道：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ΔH<0；

②0-10min内，二氧化碳的平均反应速率v==0.075 mol·L-1·min-1；

反应常数K==5.3；

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，所以再次达到平衡时CH3OH(g)的体积分数增大;

（4）①根据题目参与反应的SO2、NO2的物质的量之比为1∶1，二者与氨气和空气反应的化学方程式为12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4(NH4)2SO4+4NH4NO3；

②硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，溶液中存在电荷守恒：c(Na+)+c(H+)+c(NH4+)=c(NO3-)+c(OH-)，则c(Na+)+c(H+)