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，如：

CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) △H＝－574 kJ·mol^－1

CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－1160 kJ·mol^－1

则CH₄(g)将NO₂(g)还原为N₂(g)等的热化学方程式为              。

（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)

已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下表：

投料比[n(H2) / n(CO2)]	500 K	600 K	700 K	800 K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

①若温度升高，则反应的平衡常数K将             （填“增大”、“减小”或“不变”。下同）；若温度不变，提高投料比[n(H₂) / n(CO₂)]，则K将             。

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负极的电极反应式

                                      。若通入甲醚（沸点为-24.9 ℃）的速率为1.12 L·min^-1（标准状况），并以该电池作为电源电解2 mol·L^-1 CuSO₄溶液500 mL，则通电30 s后理论上在阴极可析出金属铜     g。

 

Answer 1

【答案】

（12分）（1）CH₄(g) ＋2NO₂(g)＝N₂(g) ＋CO₂(g) ＋2H₂O(g)  △H＝－867 kJ·mol^－1（3分）

（2）①减小（2分） 不变（2分） ②CH₃OCH₃ －12e^－ ＋16OH^－＝2CO₃^2－ ＋11H₂O（3分） ③9.6（2分）

【解析】

试题分析：（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。则两式相加，可得反应2CH₄（g）+4NO₂（g）＝2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g），所以反应热△H＝－574 kJ/mol－－1160 kJ/mol＝－1734 kJ/mol 。

（2）①根据表中数据可知，随着温度的升高，CO₂的转化率是减小的，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，所以正方应是放热反应。升高温度平衡常数减小。温度不变，提高投料比[n(H₂) / n(CO₂)]，CO₂的转化率增大。但平衡常数只与温度有关系，因此平衡常数是不变的。

②原电池中负极失去电子，所以甲醚在负极通入。由于电解质是碱性的，则负极的电极反应式是CH₃OCH₃ －12e^－ ＋16OH^－＝2CO₃^2－ ＋11H₂O。通电30s后成反应的甲醚是1.12 L·min^-1×0.5min＝0.56L，物质的量是0.56L÷22.4L/mol＝0.025mol，因此根据电极反应式可知转移电子的物质的量是0.025mol×12＝0.3mol。阴极是铜离子得到电子，电极反应式是Cu^2＋＋2e^－＝Cu，所以生成的铜是0.3mol÷2＝0.15mol，质量是0.15mol×64g/mol＝9.6g。

考点：考查盖斯定律的应用、外界条件对平衡状态以及平衡常数的影响、电化学原理的应用和计算

点评：该题是中等难度的试题，也是高考中的常见题型。试题贴近高考，难易适中，基础性强，有利于调动学生的学习兴趣和学习积极性，提高学生的应试能力和学习效率。也有利于培养学生的逻辑推理能力和抽象思维能力。