Question

燃煤廢氣中的氮氧化物(NOx)、二氧化碳等氣體，常用下列方法處理，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、廢物利用等。

（1）對(duì)燃煤廢氣進(jìn)行脫硝處理時(shí)，常利用甲烷催化還原氮氧化物：

①CH4 (g)＋4NO2(g)==4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－570 kJ·mol－1

②CH4(g)＋4NO(g)==2 N2(g) ＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－1160 kJ·mol－1

則CH4 (g)＋2NO2(g)== N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝___________。

（2）將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為甲醚的反應(yīng)原理為：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)

已知在壓強(qiáng)為a MPa下，該反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率見(jiàn)下圖：

①此反應(yīng)為 (填“放熱”、“吸熱”)；若溫度不變，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，則K將________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

②若用甲醚作為燃料電池的原料，請(qǐng)寫(xiě)出在堿性介質(zhì)中電池正極的電極反應(yīng)式_______________________。

③在a MPa和一定溫度下，將6 mol H2和2 mol CO2在2 L密閉容器中混合，當(dāng)該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得平衡混合氣中CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù)約為16.7%(即1/6)，此時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率是多少？（計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

④在a MPa和500K下，將10mol H2和5 mol CO2在2 L密閉容器中混合，5min達(dá)到平衡，請(qǐng)?jiān)诖痤}卡的坐標(biāo)圖中畫(huà)出H2濃度變化圖。(請(qǐng)標(biāo)出相應(yīng)的數(shù)據(jù))

 

Answer 1

（1）－865 kJ/mol （2） ① 放熱；不變； ② O2 ＋4e－＋2H2O ==4OH－

③設(shè)平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為x 。

2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)

開(kāi)始　 1　　　 3　　　　　 　0　　　　　0

轉(zhuǎn)化　 x　　　 3x　　　　　 x/2　　　3x/2

平衡　(1－x)　(3－3x)　 x/2　　 3x/2

×100%＝16.7%

解得：x＝0.80即CO2的轉(zhuǎn)化率為80%。

④

 

【解析】

試題分析：（1）①+②整理可得CH4 (g)＋2NO2(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－865 kJ/mol。（2）①由CO2的轉(zhuǎn)化率圖可知：升高溫度，CO2的轉(zhuǎn)化率降低；在相同的溫度時(shí)，n(H2):n(CO2)越高，CO2的轉(zhuǎn)化率越大。升高溫度，CO2的轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)。根據(jù)平衡移動(dòng)原理，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，因此正反應(yīng)為放熱反應(yīng)�；瘜W(xué)平衡常數(shù)K只與溫度有關(guān)，溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)就不變。③在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)c(CO2)=1mol/L,c(H2)=3mol/L; c(CH3OCH3)=0, c(H2O)=0.假設(shè)CO2轉(zhuǎn)化濃度為x,則Δc(H2)=2xmol/L; Δc(CH3OCH3)=x/2mol/L; Δc(H2O)= 3x/2mol/L。平衡時(shí)各種物質(zhì)的濃度分別是c(CO2)=(1-x)mol/L; c(H2)=(3－2x)mol/L; c(CH3OCH3)=x/2mol/L; c(H2O)= 3x/2mol/L。平衡混合氣中CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù)約為16.7%(即1/6)所以×100%＝16.7%；解得x= x＝0.80即CO2的轉(zhuǎn)化率為80%。④在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)c(H2)=5mol/L，c(CO2)= 2.5 mol/L; [n(H2)/n(CO2)]=2，假設(shè)反應(yīng)過(guò)程中Δc(CO2)=amol/L; Δc(H2)=3amol/L; Δc(CH3OCH3)=a/2mol/L; Δc(H2O)= 3a/2mol/L則當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)由于CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，所以60%，所以a=1.5mol/L.因此平衡時(shí)c(H2)= (5-3a)mol/L=0.5mol/L.可畫(huà)圖如上述答案。略。

考點(diǎn)：考查化學(xué)平衡常數(shù)、外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響、反應(yīng)熱的計(jì)算的知識(shí)。