Question

（15分）火力發(fā)電廠釋放出大量氮氧化物（NOx）、SO2和CO2等氣體會造成環(huán)境問題。對燃煤廢氣進行脫硝、脫硫和脫碳等處理，可實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排、廢物利用等目的。

（1）脫硝。利用甲烷催化還原NOx：

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）脫碳。將CO2轉化為甲醇：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H3

①在一恒溫恒容密閉容器中充入1 mol CO2和3 mol H2進行上述反應。測得CO2和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖1所示�；卮穑�0~10 min內，氫氣的平均反應速率為 mol/(L·min)；第10 min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，則平衡 （填“正向”、“逆向”或“不”）移動。

②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(fā)生上述反應，反應相同時間后，測得甲醇的體積分數(shù)φ（CH3OH）與反應溫度T的關系曲線如圖2所示，則上述CO2轉化為甲醇的反應的△H3 0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）脫硫。利用Na2SO3溶液可脫除煙氣中的SO2。Na2SO3可由NaOH溶液吸收SO2制得。NaOH溶液吸收SO2的過程中，pH隨n(SO32-)︰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

① 由上表判斷，NaHSO3溶液顯　　　性，用化學平衡原理解釋：　　　　　　　　　　 　　。

② 當溶液呈中性時，離子濃度關系正確的是（選填字母）：　　　　。

a．c(Na+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)

b．c(Na+) > c(HSO3-) > c(SO32-) > c(H+) = c(OH-)

c．c(Na+) + c(H+) = c(SO32-) + c(HSO3-) + c(OH-)

 

Answer 1

(15分)

（1）CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867 kJ?mol-1（3分）

（2）①0.225 （2分）；正向（2分）

②＜（2分）

（3）①酸（2分）溶液中存在：HSO3- SO32- ＋ H+ HSO3-＋H2O H2SO3＋OH-電離程度大于水解程度，故溶液顯酸性（2分）

②ab（2分）

【解析】

試題分析：（1）首先寫出CH4將NO2還原為N2的化學方程式并注明狀態(tài)，然后根據(jù)蓋斯定律求出焓變，第1步反應根據(jù)NO2，第2步反應根據(jù)N2可得：?H=1/2?H1+1/2?H2=-867 kJ?mol-1，進而寫出熱化學方程式。

（2）①0~10 min內，氫氣的平均反應速率v（H2）=3v（CH3OH）=3×0.75mol/L÷10min=0.225 mol/（L·min）；

根據(jù)三段式求算各物質平衡濃度：CO2（g）＋3H2（g） CH3OH（g）＋H2O（g）

初始濃度（mol?L?1） 1.00 3 0 0

轉化濃度（mol?L?1） 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡濃度（mol?L?1） 0.25 0.75 0.75 0.75

平衡常數(shù)K=0.75×0.75÷（0.25×0.753）=5.33，向該密閉容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，濃度商Q=0.75×1.75÷（1.25×0.753）=2.49 < K，則平衡正向移動。

②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。

（3）①由表格中的數(shù)據(jù)可知，HSO3-越多，酸性越強，所以NaHSO3溶液顯酸性；HSO3?電離生成氫離子，電離方程式為HSO3-?H++SO32-，同時HSO3?還能水解，HSO3-＋H2O H2SO3＋OH-，溶液顯酸性是因其電離大于其水解。

②當溶液呈中性時，溶質為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，電離與水解的程度相等，a．由電荷守恒可知，c（H+）+c（Na+）═2c（SO32-）+c（HSO3-）+c（OH-），中性溶液則c（H+）═c（OH-），則c（Na+）═2c（SO32-）+c（HSO3-），正確；b．SO32-+H2O?HSO3-+OH-，HSO3-?H++SO32-，亞硫酸兩步水解，則離子濃度為c（Na+）＞c（HSO3-）＞c（SO32-）＞c（H+）=c（OH-），正確；c．根據(jù)電荷守恒可得：c（Na+）+c（H+）═2c（SO32-）+c（HSO3-）+c（OH-），錯誤。

考點：本題考查熱化學方程式的書寫。