Question

燃煤廢氣中的氮氧化物（NO）、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(jìn)行脫硝處理時，常利用甲烷催化還原氮氧化物．如：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJmol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJmol^-1  則CH₄（g）將NO₂（g）還原為N等的熱化學(xué)方程式為

 

（2）將燃煤廢氣中的CO₂轉(zhuǎn)化為甲醛的反應(yīng)原理為：2CO₂（g）+6H₂（g）

催化劑  .

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知在壓強為aMPa下，該反應(yīng)在不同溫度，不同投料比時，CO₂的轉(zhuǎn)化率見圖：
①若溫度升高，則反應(yīng)的平衡常數(shù)K將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”．下同）；若溫度不變，提高投料比

m(H2)

n(CO2)

，則K將

 

；該反應(yīng)△H

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）
②若用甲醚作為燃料電池的原料，請寫出在堿性介質(zhì)中電池負(fù)極的電極反應(yīng)式

 

．
③在aMPa和一定溫度下，將6molH₂和2mol CO₂在2L密閉容器中混合，當(dāng)該反應(yīng)達(dá)到平衡時，測得平衡混合氣中CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)約為16.7%（即

1

6

），此時CO₂的轉(zhuǎn)化率是多少？（寫出計算過程，計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的計算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）①由圖可知溫度越高，CO₂轉(zhuǎn)化率越小，則平衡逆移；平衡常數(shù)K只與溫度有關(guān)；根據(jù)溫度對平衡的影響分析△H的符號；
②甲醚作為燃料電池的原料．甲醚在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，依據(jù)電極書寫方法寫出電極反應(yīng)；
③利用三段式表示出平衡時各組分的物質(zhì)的量，根據(jù)平衡混合氣中CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)約為16.7%求出二氧化碳的轉(zhuǎn)化量，再求轉(zhuǎn)化率．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ．mol^-l
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ．mol^-l
依據(jù)蓋斯定律①+②得到：2 CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734KJ/mol；
即熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867KJ/mol；
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867KJ/mol，
（2）①由圖可知溫度越高，CO₂轉(zhuǎn)化率越小，則平衡逆移，所以升高溫度，K減��；K只受溫度影響，若溫度不變，提高投料比，則K不變；因為溫度越高，CO₂轉(zhuǎn)化率越小，則平衡逆移，所以該反應(yīng)正方向為放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：減��；不變；＜；
②若用甲醚作為燃料電池的原料，甲醚在負(fù)極失電子反應(yīng)氧化反應(yīng)，在堿性介質(zhì)中電池負(fù)極的電極反應(yīng)式：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
③設(shè)CO₂物質(zhì)的量變化量為xmol，則：
             2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
開始（mol/L）：1       3          1          1
變化（mol/L）：x      3x         

1

2

x         

3

2

x  
平衡（mol/L）：1-x    3-3x       

1

2

x        

3

2

x
測得平衡混合氣中CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)約為16.7%（即

1

6

），
所以

0.5x

1-x+3-3x+0.5x+1.5x

×100%=16.7%，解得x=0.80，
則CO₂的轉(zhuǎn)化率為：

0.8

1

×100%=80%，
故答案為：80%．

點評：本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用及熱化學(xué)方程式的書寫、影響平衡移動及平衡常數(shù)的因素、化學(xué)平衡的有關(guān)計算、原電池原理；側(cè)重于反應(yīng)原理的應(yīng)用的考查，題目難度中等，注意燃料電池中電解質(zhì)溶液的酸堿性對電極反應(yīng)的影響．