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=-570kJ?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6mol H₂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

1

6

），此时CO₂的转化率是多少？（在答题卡的方框内写出计算过程，计算结果保留2位有效数字）
④在a MPa和500K下，将10mol H₂和5mol CO₂在2L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．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据盖斯定律用已知的反应来求未知反应的焓变；
（2）①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；平衡常数和温度有关，和物质的浓度之间没有联系；
②甲醚作为燃料电池的原料．甲醚在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极上发生还原反应，依据电极书写方法写出电极反应；
③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；
④根据三行式计算氢气的平衡浓度画图即可．

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=-1730 kJ/mol，所以CH₄（g）+NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-865 kJ/mol，
故答案为：-865 kJ?mol^-1；
（2）①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，平衡常数和温度有关，温度不变，K不会改变，
故答案为：放热；不变；
②甲醚作为燃料电池的原料，甲醚在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极上发生还原反应，电解质是碱性环境下，电极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，
故答案为：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
③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%．
答：此时CO₂的转化率是80%；
④将10mol即5mol/L的H₂和5molCO₂在2L密闭容器中混合，5min达到平衡，根据a MPa和500K下投料比[n（H₂）/n（CO₂）]=2时，二氧化碳的转化率是60%．
             2CO₂（g）+6H₂（g）

催化剂

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
初始浓度：2.5       5            0          0
变化浓度：1.5         4.5          
平衡浓度：1           0.5           
则氢气的浓度从5mol/L变为0.5mol/L，
答：坐标图中画出H₂浓度变化图为．

点评：本题考查了盖斯定律的应用、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．