Question

火力發電廠釋放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化碳、二氧化硫等氣體會造成環境污染．但二氧化硫、二氧化碳和氮的氧化物也是常用的化工原料．對燃煤廢氣進行綜合處理、合理應用，可實現綠色環保、節能減排、變廢為寶等目的．
（1）脫硝．利用甲烷催化還原NO_x：CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為

 

．
（2）脫碳．將CO₂轉化為甲醇的熱化學方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃

①取五份等體積的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，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1，則上述CO₂轉化為甲醇反應的△H₃

 

0．（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3molH₂，進行上述反應．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化圖2所示．試求出反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數的數值：K=

 

．
（3）脫硫．
Ⅰ．利用鈉堿循環法可脫除煙氣中的SO₂．
在鈉堿循環法中，用Na₂SO₃溶液作為吸收液．吸收液吸收SO₂的過程中，溶液的pH隨n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）變化關系如下表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

ⅰ．由上表判斷，NaHSO₃溶液顯

 

性．（填“酸”、“中”或“堿”）
ⅱ．當吸收液呈中性時，溶液中離子濃度關系正確的是（選填字母）

 

．
a．c（H⁺）=c（OH^-）  b．c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）   c．c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）
Ⅱ．利用發電廠產生的尾氣中的SO₂制成如圖3所示的自發電池，其電池反應方程式為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，該電池電動勢可達1V以上．實際過程中，將SO₂通入電池的負極，則負極反應式為

 

．質子在電解質溶液中的移動方向：

 

（填編號：a．經過質子膜由左到右； b．經過質子膜由右到左）．

Answer 1

考點：熱化學方程式,反應熱和焓變,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

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到達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應進行；
②利用三段式計算平衡時各組分的平衡濃度，代入平衡常數表達式計算平衡常數；
（3）Ⅰ．i．根據溶液中HSO₃^-濃度和SO₃^2-濃度的相對大小確定溶液的酸堿性；
 ii．根據溶液中電荷守恒和物料守恒確定溶液中各種離子濃度的關系；
Ⅱ．SO₂-O₂-H₂SO₄形成燃料電池，通O₂的電極為正極發生還原反應，通SO₂的電極為負極發生氧化反應，轉化為H₂SO₄，根據電解質溶液是酸性的，寫出負極反應式；陽離子在電解質溶液中由負極移動到正極．

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：＜；
②開始CO₂的濃度為1mol/L，故容器的體積為

1mol

1mol/L

=1L，H₂的起始濃度為

3mol

1L

=3mol/L，則：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：1        3         0         0
變化（mol/L）：0.75     2.25      0.75      0.75
平衡（mol/L）：0.25     0.75      0.75      0.75
故該溫度下平衡常數k=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33；
故答案為：5.33；
（3）Ⅰ．i．HSO₃^-既能電離出H⁺又能水解出OH^-，而SO₃^2-只水解出OH^-顯堿性，根據表格知，當亞硫酸氫根離子的物質的量大于亞硫酸根離子的物質的量時，亞硫酸氫鈉溶液呈酸性，這說明HSO₃^-以電離為主，即NaHSO₃溶液顯酸性；故答案為：酸；
ii．當溶液呈中性時，溶液中氫離子濃度等于氫氧根離子濃度，亞硫酸氫根離子濃度大于亞硫酸根離子濃度．
a、溶液呈中性時，溶液中氫離子濃度等于氫氧根離子濃度，故a正確；
b、從表格可以看出，C（HSO₃^-）的濃度也大，溶液的pH越小，當n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=C（SO₃^2-）：C（HSO₃^-）=1：1時，溶液的pH=7.2，故當溶液呈中性即pH=7時，C（SO₃^2-）：C（HSO₃^-）＜1：1，即c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-），故b正確；
c、溶液呈電中性，溶液中陰陽離子所帶電荷相等，即有：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），溶液呈中性時，c（H⁺）=c（OH^-），所以c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），故c錯誤；
故選ab．
Ⅱ．原電池總方程式為2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，正極的電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，用總的減去正極的電極反應式得負極電極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，陽離子在電解質溶液中由負極移動到正極，即經過質子膜由左到右，選a，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；a．

點評：本題考查了蓋斯定律求反應熱、化學平衡常數求算、原電池電極反應式的書寫等，題目難度中等．