Question

火力發(fā)電廠釋放出的大量NO_x、SO₂、CO₂會對環(huán)境造成污染．對燃煤廢氣進行脫硝、脫硫和脫碳處理，可實現(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(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(fā)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(chǎn)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(jù)蓋斯定律，利用已知化學反應方程式乘以某個系數(shù)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(shù)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(jù)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(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．