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：
CH₄ （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）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=

 

（2）将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：2CO₂（g）+6H₂（g）

催化剂

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的转化率见如图：
①该反应平衡常数表达式为K=

 

②根据如图，请你提供一条在a MPa压强下有利于提高CO₂转化率的措施

 

③该反应△H

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
④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，增大压强，则K将

 

；
⑤在a MPa和一定温度下，将6mol H₂和2mol CO₂在2L密闭容器中混合，下列能说明反应达到平衡状态的是

 

（双选）
A、容器内压强不再改变　　　
B、H₂的物质的量不再改变
C、当断裂6molH-H键的同时生成6mol H-O键
D、c（CH₃OCH₃）与c（H₂O）的比值不再改变
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

 

（用百分数表示）

Answer 1

考点：转化率随温度、压强的变化曲线,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：化学平衡专题

分析：（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；
（2）①平衡常数K=

各个生成物平衡浓度系数次幂之积

各个反应物平衡浓度系数次幂之积

；
②根据温度和二氧化碳的转化率之间的关系来回答；
③根据温度和二氧化碳的转化率以及平衡移动之间的关系来回答；
④吸热反应，温度升高，则反应的平衡常数K将增大，反之降低；放热反应，温度升高，则反应的平衡常数K将减小，反之增大；
⑤根据平衡状态的判断知识以及三行式来计算物质的转化率．

解答： 解：（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；       
（2）2）①平衡常数K=

各个生成物平衡浓度系数次幂之积

各个反应物平衡浓度系数次幂之积

，所以K=

c(CH3OCH3)?c(H2O)3

c(CO2)2?c(H2)6

，故答案为：

c(CH3OCH3)?c(H2O)3

c(CO2)2?c(H2)6

；
②根据图示知道，温度越高，二氧化碳的转化率越小，所以降低温度可以升高二氧化碳的转化率，故答案为：降低温度；
③根据图示知道，温度越高，二氧化碳的转化率越小，平衡逆向移动，所以反应是放热的，故答案为：＜；
④该反应是放热反应，温度升高，则反应的平衡常数K将减小，温度不变，K不会改变，故答案为：减小；不变；
⑤A、反应前后气体的系数和不相等，当容器内压强不再改变，则达到了平衡，故A正确；　　
B、H₂的物质的量不再随时间的变化而改变，则达到了平衡，故B正确；
C、当断裂6molH-H键的同时生成6mol H-O键，不能证明正逆反应速率相等，不一定平衡，故C错误；
D、c（CH₃OCH₃）与c（H₂O）的比值不再改变，不能证明二者的浓度不随时间变化，不一定平衡，故D错误．
设：CO₂的转化率是x，则
             2CO₂（g）+6H₂（g）

催化剂

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
初始浓度：1         3               0          0
变化浓度：x          3x            0.5x        1.5x
平衡浓度：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的转化率是

0.8

1

×100%=80%．
故答案为：AB；80%．

点评：本题是一道关于热化学中盖斯定律的应用、平衡状态的判断以及化学平衡常数的书写和有关转化率的计算的综合考查题，考查学生分析和解决问题的能力，难度中等．