Question

11．燃煤废气中的氮氧化物（NOx）、二氧化碳等气体，常用下列方法处理，以实现节能减排、废物利用等．
（1）①对燃煤废气进行脱硝处理时，常利用甲烷催化还原氮氧化物，如：
CH4₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
则CH₄（g）将NO2₂g）还原为N₂（g）等的热化学方程式为．2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol
②若用甲烷作为燃料电池的原料，请写出在碱性介质中电池负极的电极反应式CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：
2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＜0
①对于该反应下列说法正确的是BD
A．若温度升高，则反应的平衡常数K将增大”
B．一定条件下增加H₂的浓度可以提高反应速率
C．加入催化剂可提高CO₂的转化率
D．恒温恒容条件下若压强保持不变，可认为反应到达平衡状态
②将6molH₂和2mol CO₂在2L密闭容器中混合，当该反应达到平衡时，测得平衡混合气中CH₃OCH₃的体积分数约为16.7%（即$\frac{1}{6}$），此时CO₂的转化率为．80%．

Answer 1

分析 （1）①根据盖斯定律，利用已知化学反应方程式乘以某个系数相加或相减，构造出目标化学反应方程式，该化学反应的焓变即为已知化学反应方程式的焓变乘以某个系数相加或相减得到；
②CH₄作为燃料电池的原料，甲烷发生氧化反应，在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水；
（2）①A．若温度升高，平衡向吸热反应方向移动，据此判断；
B．一定条件下增加H₂的浓度，即增大反应物浓度，则反应速率增大；
C．催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡移动；
D．因为该反应为气体体积减小的反应，所以恒温恒容条件下若压强保持不变，可认为反应到达平衡状态．
②利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，根据平衡混合气中CH₃OCH₃的体积分数约为16.7%求出二氧化碳的转化量，再求转化率．

解答 解：（1）①因盖斯定律，不管化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的．两式相加，可得
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol
故答案为：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol；
②CH₄作为燃料电池的原料，甲烷发生氧化反应，在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水，负极电极反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）①A．若温度升高，平衡向吸热反应方向移动即逆反应方向移动，所以平衡常数K将减小，故A错误；
B．一定条件下增加H₂的浓度，即增大反应物浓度，则反应速率增大，故B正确；
C．催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡移动，故C错误；
D．因为该反应为气体体积减小的反应，所以恒温恒容条件下若压强保持不变，可认为反应到达平衡状态，故D正确；
故选：BD；
②设CO₂物质的量变化量为xmol，则：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
开始（mol/L）：1 3 0 0
变化（mol/L）：x 3x 0.5x 1.5x
平衡（mol/L）：1-x 3-3x 0.5 x 1.5x
测得平衡混合气中CH₃OCH₃的体积分数约为16.7%（即$\frac{1}{6}$），
所以$\frac{0.5x}{1-x+3-3x+0.5x+1.5x}$×100%=16.7%，解得x=0.80，
则CO₂的转化率为：$\frac{0.8}{1}$×100%=80%，
故答案为：80%．

点评 本题考查了盖斯定律的应用及热化学方程式的书写、影响平衡移动及平衡常数的因素、化学平衡的有关计算、原电池原理；侧重于反应原理的应用的考查，题目难度中等，注意燃料电池中电解质溶液的酸碱性对电极反应的影响．