问题 问答题

火力发电厂释放出大量的氮氧化物(NOx)、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染.对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的.

(1)脱硝.利用甲烷催化还原NOx

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

甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为______.

(2)脱碳.将CO2转化为甲醇的热化学方程式为:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H3

①取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1:3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH) 与反应温度T的关系曲线如图1所示,则上述CO2转化为甲醇的反应的△H3______0(填“>”、“<”或“=”).

②在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO2和3mol H2,进行上述反应.测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示.试回答:0~10min内,氢气的平均反应速率为______mol/(L•min);该温度下,反应的平衡常数的值为______;第10min后,向该容器中再充入1mol CO2和3mol H2,则再次达到平衡时CH3OH(g)的体积分数______(填变大、减少、不变).

(3)脱硫.某种脱硫工艺中将废气经处理后,与一定量的氨气、空气反应,生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥.硫酸铵和硝酸铵的水溶液的pH<7,其原因用离子方程式表示为______;在一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液,使溶液的pH=7,则溶液中c(Na+)+c(H+)______c(NO3-)+c(OH-)(填写“>”“=”或“<”)

答案

(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

则CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=

1
2
(-574kJ•mol-1-1160kJ•mol-1)=-867 kJ/mol

故答案为:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867 kJ/mol;

(2)①根据图是内容知道:温度升高,甲醇的体积分数φ(CH3OH)减小,平衡逆向移动,所以反应是放热的,即△H<0,故答案为:<;

 ②0~10min内,二氧化碳的平均反应速率=

1.0mol/L-0.25mol/L
10min
=0.075mol/(L•min),所以氢气的反应速率是3×0.075mol/(L•min)=0.225mol/(L•min),

         CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)

初始浓度:1       3          0         0

变化浓度:0.75     2.25     0.75      0.75

平衡浓度:0.25     0.75     0.75       0.75

所以平衡常数K=

0.752
0.25×0.753
=
16
3

向该容器中再充入1mol CO2和3mol H2,会使得压强增大,平衡正向移动,所以则再次达到平衡时CH3OH(g)的体积分数变大,故答案为:0.225;

16
3
;变大;

(3)硫酸铵和硝酸铵的水溶液的pH<7,其原因是溶液中铵根离子水解显示酸性,即NH4++H2O═NH3•H2O+H+,硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液,使溶液的pH=7,则溶液中c(Na+)+c(H+)+c(NH4+)=c(NO3-)+c(OH-),所以c(Na+)+c(H+)<c(NO3-)+c(OH-),故答案为:<.

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