Question

火力發電廠釋放出的大量NO_x、SO₂、CO₂會對環境造成污染．對燃煤廢氣進行脫硝、脫硫和脫碳處理，可實現節能減排、廢物利用等目的．
（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^-1
CH₄（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．CO₂轉化為甲醇的熱化學方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
①將CO₂和H₂的混合氣體分成五等份，將它們分別充入溫度不同、容積相同的恒容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的關系如圖1，則上述CO₂轉化為甲醇的反應的△H₃

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②圖2是用于筆記本電腦的甲醇燃料電池結構示意圖，質子交換膜左右兩側的溶液均為1L 2mol/L H₂SO₄溶液，當電池中有1mol e^-發生轉移時左右兩側溶液的質量之差為

 

（忽略氣體的溶解，假設反應物完全耗盡）．

（3）脫硫．①某種脫硫工藝中將廢氣處理后，與一定量的氨氣、空氣、水反應，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產品氮肥．設廢氣中SO₂、NO₂的物質的量之比為1：1，則該反應的化學方程式為

 

．
②25℃時pH均為4的硝酸銨溶液和稀硝酸中由水電離出的氫離子濃度分別為c₁、c₂，則c₁與c₂的比值等于

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學電源新型電池

專題：化學反應中的能量變化,電化學專題

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由圖可知，到達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應進行；
②負極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，按照電極反應式計算；
（3）①根據反應物和生成物結合守恒的方法書寫化學方程式；
②硝酸銨水解促進水的電離，C₁=10^-4 mol/L，稀醋酸抑制水的電離，C₂=c（OH^-）=

10-14

10-4

=10^-10 mol/L．

解答： 解：（1）已知：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，
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．利用蓋斯定律將兩式相加，可得
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol，
即CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 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負極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，當轉移1mol電子時，左側質量減輕

1

6

×12g=2g，還要有1molH⁺通過質子交換膜進入右側，質量減少1g，正極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，右側質量增加32g×

1

4

=8g，加上轉移過來的1gH⁺，因此左右兩側溶液的質量之差為8g+1g+2g+1g=12g，
故答案為：12；
（3）①煙氣中的SO₂、NO₂的物質的量之比為1：1，一定量的氨氣、空氣反應，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產品化肥．則有12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃，
故答案為：12NH₃+3O₂+4SO₂+4NO₂+6H₂O=4（NH₄）₂SO₄+4NH₄NO₃；
②硝酸銨水解促進水的電離，C₁=10^-4 mol/L，稀醋酸抑制水的電離，C₂=c（OH^-）=

10-14

10-4

=10^-10 mol/L，因此則c₁與c₂的比值等于

10-4

10-10

=10⁶，
故答案為：10⁶ ．

點評：本題考查較為綜合，涉及化學平衡的計算、化學平衡的移動以及電化學知識，綜合考查學生的分析能力和計算能力，把握電極方程式的書寫，注意質子交換膜的性質，難度中等．