Question

燃煤廢氣中的氮氧化物（NO_x）、二氧化碳等氣體，常用下列方法處理，以實現(xiàn)節(jié)能減排、廢物利用等．
（1）對燃煤廢氣進行脫硝處理時，常利用甲烷催化還原氮氧化物：
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
則CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=

 

（2）將燃煤廢氣中的CO₂轉化為甲醚的反應原理為：2CO₂（g）+6H₂（g）

催化劑

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知在壓強為a MPa下，該反應在不同溫度、不同投料比時，CO₂的轉化率見如圖：
①該反應平衡常數(shù)表達式為K=

 

②根據(jù)如圖，請你提供一條在a MPa壓強下有利于提高CO₂轉化率的措施

 

③該反應△H

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
④若溫度升高，則反應的平衡常數(shù)K將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”，下同）；若溫度不變，增大壓強，則K將

 

；
⑤在a MPa和一定溫度下，將6mol H₂和2mol CO₂在2L密閉容器中混合，下列能說明反應達到平衡狀態(tài)的是

 

（雙選）
A、容器內(nèi)壓強不再改變　　　
B、H₂的物質的量不再改變
C、當斷裂6molH-H鍵的同時生成6mol H-O鍵
D、c（CH₃OCH₃）與c（H₂O）的比值不再改變
當該反應達到平衡時，測得平衡混合氣中CH₃OCH₃的體積分數(shù)約為16.7%（即

1

6

），此時CO₂的轉化率是

 

（用百分數(shù)表示）

Answer 1

考點：轉化率隨溫度、壓強的變化曲線,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學平衡專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，利用已知化學反應方程式乘以某個系數(shù)相加或相減，構造出目標化學反應方程式，該化學反應的焓變即為已知化學反應方程式的焓變乘以某個系數(shù)相加或相減得到；
（2）①平衡常數(shù)K=

各個生成物平衡濃度系數(shù)次冪之積

各個反應物平衡濃度系數(shù)次冪之積

；
②根據(jù)溫度和二氧化碳的轉化率之間的關系來回答；
③根據(jù)溫度和二氧化碳的轉化率以及平衡移動之間的關系來回答；
④吸熱反應，溫度升高，則反應的平衡常數(shù)K將增大，反之降低；放熱反應，溫度升高，則反應的平衡常數(shù)K將減小，反之增大；
⑤根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷知識以及三行式來計算物質的轉化率．

解答： 解：（1）因蓋斯定律，不管化學反應是一步完成還是分幾步完成，其反應熱是相同的．兩式相加，可得
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol，
故答案為：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol；       
（2）2）①平衡常數(shù)K=

各個生成物平衡濃度系數(shù)次冪之積

各個反應物平衡濃度系數(shù)次冪之積

，所以K=

c(CH3OCH3)?c(H2O)3

c(CO2)2?c(H2)6

，故答案為：

c(CH3OCH3)?c(H2O)3

c(CO2)2?c(H2)6

；
②根據(jù)圖示知道，溫度越高，二氧化碳的轉化率越小，所以降低溫度可以升高二氧化碳的轉化率，故答案為：降低溫度；
③根據(jù)圖示知道，溫度越高，二氧化碳的轉化率越小，平衡逆向移動，所以反應是放熱的，故答案為：＜；
④該反應是放熱反應，溫度升高，則反應的平衡常數(shù)K將減小，溫度不變，K不會改變，故答案為：減��；不變；
⑤A、反應前后氣體的系數(shù)和不相等，當容器內(nèi)壓強不再改變，則達到了平衡，故A正確；　　
B、H₂的物質的量不再隨時間的變化而改變，則達到了平衡，故B正確；
C、當斷裂6molH-H鍵的同時生成6mol H-O鍵，不能證明正逆反應速率相等，不一定平衡，故C錯誤；
D、c（CH₃OCH₃）與c（H₂O）的比值不再改變，不能證明二者的濃度不隨時間變化，不一定平衡，故D錯誤．
設：CO₂的轉化率是x，則
             2CO₂（g）+6H₂（g）

催化劑

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
初始濃度：1         3               0          0
變化濃度：x          3x            0.5x        1.5x
平衡濃度：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的轉化率是

0.8

1

×100%=80%．
故答案為：AB；80%．

點評：本題是一道關于熱化學中蓋斯定律的應用、平衡狀態(tài)的判斷以及化學平衡常數(shù)的書寫和有關轉化率的計算的綜合考查題，考查學生分析和解決問題的能力，難度中等．