Question

燃煤廢氣中的氮氧化物（NO_x）、二氧化碳等氣體，常用下列方法處理，以實現(xiàn)節(jié)能減排、廢物利用等．
（1）對燃煤廢氣進行脫硝處理時，常利用甲烷催化還原氮氧化物：
CH₄ （g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-570kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
則CH₄ （g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=

 

．
（2）將燃煤廢氣中的CO₂轉(zhuǎn)化為甲醚的反應原理為：2CO₂（g）+6H₂（g） 

催化劑

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知在壓強為a MPa下，該反應在不同溫度、不同投料比時，CO₂的轉(zhuǎn)化率見圖：

①此反應為

 

（填“放熱”、“吸熱”）；若溫度不變，提高投料比[n（H₂）/n（CO₂）]，則K將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②若用甲醚作為燃料電池的原料，請寫出在堿性介質(zhì)中電池正極的電極反應式：

 

．
③在a MPa和一定溫度下，將6mol H₂和2mol CO₂在2L密閉容器中混合，當該反應達到平衡時，測得平衡混合氣中CH₃OCH₃的體積分數(shù)約為16.7%（即

1

6

），此時CO₂的轉(zhuǎn)化率是多少？（在答題卡的方框內(nèi)寫出計算過程，計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）
④在a MPa和500K下，將10mol H₂和5mol CO₂在2L密閉容器中混合，5min達到平衡，請在答題卡的坐標圖中畫出H₂濃度變化圖．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律用已知的反應來求未知反應的焓變；
（2）①根據(jù)溫度和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率以及平衡移動之間的關系來回答；平衡常數(shù)和溫度有關，和物質(zhì)的濃度之間沒有聯(lián)系；
②甲醚作為燃料電池的原料．甲醚在負極失電子發(fā)生氧化反應，氧氣在正極上發(fā)生還原反應，依據(jù)電極書寫方法寫出電極反應；
③根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷知識以及三行式來計算物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率；
④根據(jù)三行式計算氫氣的平衡濃度畫圖即可．

解答： 解：（1）因蓋斯定律，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．兩式相加，可得2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1730 kJ/mol，所以CH₄（g）+NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-865 kJ/mol，
故答案為：-865 kJ?mol^-1；
（2）①根據(jù)圖示知道，溫度越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越小，平衡逆向移動，所以反應是放熱的，平衡常數(shù)和溫度有關，溫度不變，K不會改變，
故答案為：放熱；不變；
②甲醚作為燃料電池的原料，甲醚在負極失電子發(fā)生氧化反應，氧氣在正極上發(fā)生還原反應，電解質(zhì)是堿性環(huán)境下，電極反應式為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
③設：CO₂的轉(zhuǎn)化率是x，則
             2CO₂（g）+6H₂（g）

催化劑

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
初始濃度：1         3               0          0
變化濃度：x          3x            0.5x        1.5x
平衡濃度：1-x       3-3x             0.5x        1.5x  

0.5x

1-x+3-3x+0.5x+1.5x

=

1

6

，解得x=0.8，所以CO₂的轉(zhuǎn)化率是

0.8

1

×100%=80%．
答：此時CO₂的轉(zhuǎn)化率是80%；
④將10mol即5mol/L的H₂和5molCO₂在2L密閉容器中混合，5min達到平衡，根據(jù)a MPa和500K下投料比[n（H₂）/n（CO₂）]=2時，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率是60%．
             2CO₂（g）+6H₂（g）

催化劑

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
初始濃度：2.5       5            0          0
變化濃度：1.5         4.5          
平衡濃度：1           0.5           
則氫氣的濃度從5mol/L變?yōu)?.5mol/L，
答：坐標圖中畫出H₂濃度變化圖為．

點評：本題考查了蓋斯定律的應用、影響平衡移動及平衡常數(shù)的因素、化學平衡的有關計算、原電池原理；側(cè)重于反應原理的應用的考查，題目難度中等，注意燃料電池中電解質(zhì)溶液的酸堿性對電極反應的影響．