Question

燃煤废气中的氮氧化物(NO_x)、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）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：
①CH₄ (g)＋4NO₂(g)==4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH＝－570 kJ·mol^－1
②CH₄(g)＋4NO(g)="=2" N₂(g) ＋CO₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH＝－1160 kJ·mol^－1
则CH₄ (g)＋2NO₂(g)="=" N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  ΔH＝___________。
（2）将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：2CO₂(g)＋6H₂(g) CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g)
已知在压强为a MPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下图：
①此反应为         (填“放热”、“吸热”)；若温度不变，提高投料比[n(H₂)/n(CO₂)]，则K将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
②若用甲醚作为燃料电池的原料，请写出在碱性介质中电池正极的电极反应式_______________________。
③在a MPa和一定温度下，将6 mol H₂和2 mol CO₂在2 L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1/6)，此时CO₂的转化率是多少？（计算结果保留2位有效数字)
④在a MPa和500K下，将10mol H₂和5 mol CO₂在2 L密闭容器中混合，5min达到平衡，请在答题卡的坐标图中画出H₂浓度变化图。(请标出相应的数据)

Answer 1

（1）－865 kJ/mol  （2） ① 放热；不变；  ② O₂ ＋4e^－＋2H₂O ==4OH^－ 
③设平衡时CO₂的转化率为x。
2CO₂(g)＋6H₂(g) CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g)
开始　 1　　　 3　　　　　 　0　　　　　0
转化　 x　　　 3x　　　　　  x/2　　　3x/2
平衡　(1－x)　(3－3x)　      x/2　　  3x/2
×100%＝16.7%
解得：x＝0.80即CO₂的转化率为80%。
④

试题分析：（1）①+②整理可得CH₄ (g)＋2NO₂(g)=N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  ΔH＝－865 kJ/mol。（2）①由CO₂的转化率图可知：升高温度，CO₂的转化率降低；在相同的温度时，n(H₂):n(CO₂)越高，CO₂的转化率越大。升高温度，CO₂的转化率降低，说明升高温度，化学平衡逆向移动。根据平衡移动原理，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，因此正反应为放热反应。化学平衡常数K只与温度有关，温度不变，化学平衡常数就不变。③在反应开始时c(CO₂)=1mol/L,c(H₂)="3mol/L;" c(CH₃OCH₃)="0," c(H₂O)=0.假设CO₂转化浓度为x,则Δc(H₂)="2xmol/L;" Δc(CH₃OCH₃)="x/2mol/L;" Δc(H₂O)= 3x/2mol/L。平衡时各种物质的浓度分别是c(CO₂)="(1-x)mol/L;" c(H₂)=(3－2x)mol/L; c(CH₃OCH₃)="x/2mol/L;" c(H₂O)= 3x/2mol/L。平衡混合气中CH₃OCH₃的体积分数约为16.7%(即1/6)所以×100%＝16.7%；解得x= x＝0.80即CO₂的转化率为80%。④在反应开始时c(H₂)=5mol/L，c(CO₂)=" 2.5" mol/L; [n(H₂)/n(CO₂)]=2，假设反应过程中Δc(CO₂)="amol/L;" Δc(H₂)="3amol/L;" Δc(CH₃OCH₃)="a/2mol/L;" Δc(H₂O)= 3a/2mol/L则当反应达到平衡时由于CO₂的转化率为60%，所以60%，所以a=1.5mol/L.因此平衡时c(H₂)= (5-3a)mol/L=0.5mol/L.可画图如上述答案。略。