Question

6．工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物（NO_x），CO₂，SO₂等气体，严重污染空气．对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用．
Ⅰ．脱硝：在催化剂存在下，用H₂还原NO₂可生成水蒸气和其它无毒物质，写出该反应化学方程式：4H₂+2NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+4H₂O
Ⅱ．脱碳：在体积为2L的密闭容器中充人2mo1CO₂，6mol H₂，在一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化曲线如图1．
①下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是ab．
a．混合气体的平均相对分子质量保持不变
b.1mol CO₂生成的同时有3mol H-H键断裂
c．CO₂和H₂的转化率相等
d．混合气体的密度保持不变
②从反应开始到平衡，H₂的平均反应速率v（H₂）=0.18mol/（L•min），
平衡时H₂的浓度c（H₂）=1.2mol/L．
Ⅲ．甲醇/空气一KOH燃料电池广泛应用于笔记本电脑储能供能装置，电池工作原理如图2所示．
①写出负极反应方程式：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②电池工作过程中电解质溶液pH降低
（填“升高”、“降低”或“不变‘’）

Answer 1

分析 Ⅰ．在催化剂存在下，用H₂还原NO₂可生成水蒸气和其它无毒物质，应生成氮气与水；
Ⅱ．①可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
②二氧化碳是反应物，浓度减小，甲醇是生成物，浓度增大，由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.6mol/L，根据浓度变化量之比等于化学计量数之比氢气的浓度变化量，氢气平衡浓度=起始浓度-浓度变化量，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂）；
Ⅲ．①负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水；
②反应中消耗KOH，溶液碱性减弱．

解答 解：Ⅰ．在催化剂存在下，用H₂还原NO₂可生成水蒸气和其它无毒物质，应生成氮气与水，反应方程式为：4H₂+2NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+4H₂O，故答案为：4H₂+2NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+4H₂O；
Ⅱ．①a．混合气体总质量不变，随反应进行，混合气体总物质的量进行，混合气体的平均相对分子质量增大，当混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明到达平衡，故a正确；
b．1mol CO₂生成的同时有3mol H-H键断裂，而断裂3molH-H键同时有1molCO₂消耗，CO₂的消耗速率与生成速率相等，反应到达平衡，故b正确；
c．CO₂和H₂的起始物质的量之比等于化学计量数之比，二者转化率始终相等，故c错误；
d．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体密度为定值，故d错误，
故选：ab；
②二氧化碳是反应物，浓度减小，甲醇是生成物，浓度增大，由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.6mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.6mol/L×3=1.8mol/L，v（H₂）=$\frac{1.8mol/L}{10min}$=0.18mol/（L•min），氢气的平衡浓度为$\frac{6mol}{2L}$-1.8mol/L=1.2mol/L，
故答案为：0.18mol/（L•min）；1.2mol/L；
Ⅲ．①负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水，负极电极反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②反应中消耗KOH，溶液碱性减弱，溶液pH降低，故答案为：降低．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡状态判断、原电池等，注意判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡．