Question

（14分）燃煤煙氣中含有大量的氮氧化合物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等，不宜直接排放到空氣中，可采用以下措施對燃煤煙氣進行處理。
（1）脫硝：選擇性催化還原法的脫硝原理是在催化劑存在下，通入甲烷使氮氧化合物（NO_x）轉化為無害氣體，發生如下反應：
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^－1
甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為         。
（2）脫硫：①石灰石—石膏濕法煙氣脫硫的工作原理是煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的空氣反應生成石膏(CaSO₄·2H₂O)。某電廠用煤400噸（煤中含硫質量分數為2.5%），若燃燒時煤中的硫全部轉化成二氧化硫，用石膏濕法煙氣脫硫中有96%的硫轉化為石膏，則可生產石膏         噸。
②新型納米材料氧缺位鐵酸鹽（ZnFe₂Ox），由該鐵酸鹽（ZnFe₂O₄）經高溫還原制得，常溫下，它能使工業廢氣中酸性氧化物分解除去，轉化流程如圖所示：若2molZnFe₂Ox與足量SO₂可生成1.0molS，
則x＝         。

（3）脫碳：從脫硝、脫硫后的煙氣中獲取二氧化碳，用二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向。將CO₂轉化為甲醇的熱化學方程式為：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g) △H₃
①取五份等體體積CO₂和H₂的的混合氣體（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11所示，則上述CO₂轉化為甲醇反應的△H₃         0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在容積為1L的恒溫密閉容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，進行上述反應。測得CO₂和CH₃OH(g)的濃度隨時間變化如下圖12所示。若在上述平衡體系中再充0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂O(g)（保持溫度不變），則此平衡將         移動（填“向正反應方向”、“不”或“逆反應方向”）
               
③直接甲醇燃料電池結構如上圖13所示。其工作時負極電極反應式可表示為         。

Answer 1

共14分
（1）CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－867 kJ·mol^－1（2分）
(2)①51.6（2分）       ②3（2分）
(3)①＜（2分）      ②不（3分）          ③CH₃OH－6e^－＋H₂O＝6H^＋＋CO₂（3分）

解析（1）△H＝（△H1＋△H₂ ）/2=（－574 kJ·mol^－1－1160 kJ·mol^－1）/2=－867 kJ·mol^－1
CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－867 kJ·mol^－1
（2）①   S     ~     CaSO₄·2H₂O
32              172
400t×2.5%×96%     m
m=51.6t
②得失電子守恒
N(鐵失電子)=【3-（x-1）】×2×2=4×1=n(硫得電子)
X=3
(3)①由圖1可知:CH₃OH體積分數達到最大值后，升高溫度，CH₃OH體積分數減小，平衡逆向移動，△H<0
②          CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)
C始/mol/l       1      3
△C/mol/l      -0.75  -0.75×3        +0.75     +0.75
c平/mol/l      0.25    0.75           0.75     0.75

CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)
原濃度/mol/l  0.25    0.75          0.75     0.75
再充          +0.5                         +1.5
即時濃度       0.75    0.75         0.75     2.25
Qc=
結論：Q_C=K,平衡將不移動。
③CH₃OH－6e^－＋H₂O＝6H^＋＋CO₂