Question

15．火力發(fā)電廠釋放出大量氮氧化合物（NO_x）、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NO_x：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ/mol
甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol．
（2）脫碳．將CO₂轉化為甲醇：CO₂ （g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
①如圖1，25℃時以甲醇燃料電池（電解質溶液為 KOH）為電源來電解乙（100mL2mol/LAgNO₃溶液）和丙（100mLCuSO₄）溶液，燃料電池負極的電極反應為CH₃OH-6e^-+8OH ^-=CO₃^2-+6 H₂O．電解結束后，向丙中加入 0.1mol Cu（OH）₂，恰好恢復到反應前的濃度，將乙中溶液加水稀釋至200mL，溶液的 pH0；

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△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）脫硫．燃煤廢氣經(jīng)脫硝、脫碳后，與一定量氨氣、空氣反應生成硫酸銨．室溫時，向（NH₄）₂SO₄，溶液中滴人NaOH溶液至溶液呈中性，則所得溶液中微粒濃度大小關系c（Na⁺）=c（NH₃•H₂O）．（填“＞”、“＜”或“=”）

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，（①+②）×$\frac{1}{2}$可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=$\frac{1}{2}$（△H₁+△H₂）；
（2）①原電池中負極上發(fā)生氧化反應，負極上CH₃OH失電子，堿性條件下生成碳酸根與水；
丙中加入0.1mol Cu（OH）₂恰好恢復到反應前的濃度，丙中陽極發(fā)生氧化反應生成氧氣，說明丙中陽極生成氧氣為0.1mol，則轉移電子為0.1mol×4=0.4mol，乙中AgNO₃的物質的量為0.1L×2mol/L=0.2mol，乙中銀離子完全放電轉移電子為轉移電子為0.2mol，故水還會放電，根據(jù)電荷守恒可知得到硝酸為0.2mol，進而計算稀釋后溶液pH；
②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；
（3）根據(jù)電荷守恒：c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（OH^-），由物料守恒可知c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2c（SO₄^2-），結合溶液呈中性，聯(lián)立判斷．

解答 解：（1）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，（①+②）×$\frac{1}{2}$可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=$\frac{1}{2}$（△H₁+△H₂）=-867kJ/mol，
反應熱化學方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
（2）①①原電池中負極上發(fā)生氧化反應，負極上CH₃OH失電子，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應式為：CH₃OH-6e^-+8OH ^-=CO₃^2-+6 H₂O，
丙中加入0.1mol Cu（OH）₂恰好恢復到反應前的濃度，丙中陽極發(fā)生氧化反應生成氧氣，說明丙中陽極生成氧氣為0.1mol，則轉移電子為0.1mol×4=0.4mol，乙中AgNO₃的物質的量為0.1L×2mol/L=0.2mol，乙中銀離子完全放電轉移電子為轉移電子為0.2mol，故水還會放電，根據(jù)電荷守恒可知得到硝酸為0.2mol，稀釋后溶液中氫離子濃度為$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L，則稀釋后溶液pH=-lg1=0，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH ^-=CO₃^2-+6 H₂O；0；
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．
故答案為：＜；
（3）根據(jù)電荷守恒：c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（OH^-），溶液呈中性，而c（H⁺）=c（OH^-），故c（NH₄⁺）+c（Na⁺）=2c（SO₄^2-），由物料守恒可知c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2c（SO₄^2-），聯(lián)立可得c（Na⁺）=c（NH₃•H₂O），
故答案為：=．

點評 本題考查熱化學方程式、電化學及計算、化學平衡影響因素、離子濃度大小比較解等，培養(yǎng)了學生分析問題解決問題的能力，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．