Question

火力發(fā)電廠釋放出的大量NO_x、SO₂、CO₂會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染．對(duì)燃煤廢氣進(jìn)行脫硝、脫硫和脫碳處理，可實(shí)現(xiàn)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^-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(xué)方程式為

 

．
（2）脫碳．CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)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(fā)生上述反應(yīng)．反應(yīng)相同時(shí)間后，測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系如圖1，則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)的△H₃

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②圖2是用于筆記本電腦的甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖，質(zhì)子交換膜左右兩側(cè)的溶液均為1L 2mol/L H₂SO₄溶液，當(dāng)電池中有1mol e^-發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)左右兩側(cè)溶液的質(zhì)量之差為

 

（忽略氣體的溶解，假設(shè)反應(yīng)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(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產(chǎn)品氮肥．設(shè)廢氣中SO₂、NO₂的物質(zhì)的量之比為1：1，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
②25℃時(shí)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(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池

專(zhuān)題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,電化學(xué)專(zhuān)題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，利用已知化學(xué)反應(yīng)方程式乘以某個(gè)系數(shù)相加或相減，構(gòu)造出目標(biāo)化學(xué)反應(yīng)方程式，該化學(xué)反應(yīng)的焓變即為已知化學(xué)反應(yīng)方程式的焓變乘以某個(gè)系數(shù)相加或相減得到；
（2）①由圖可知，到達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行；
②負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，按照電極反應(yīng)式計(jì)算；
（3）①根據(jù)反應(yīng)物和生成物結(jié)合守恒的方法書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
②硝酸銨水解促進(jìn)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(xué)反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)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(diǎn)反應(yīng)到達(dá)平衡，達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，升高溫度平衡吸熱方向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H₃＜0，故答案為：＜；
②負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，當(dāng)轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，左側(cè)質(zhì)量減輕

1

6

×12g=2g，還要有1molH⁺通過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入右側(cè)，質(zhì)量減少1g，正極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，右側(cè)質(zhì)量增加32g×

1

4

=8g，加上轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的1gH⁺，因此左右兩側(cè)溶液的質(zhì)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(zhì)的量之比為1：1，一定量的氨氣、空氣反應(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產(chǎn)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(jìn)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(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡的移動(dòng)以及電化學(xué)知識(shí)，綜合考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力，把握電極方程式的書(shū)寫(xiě)，注意質(zhì)子交換膜的性質(zhì)，難度中等．