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：

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)化為甲醚的反應原理為：2CO2(g)＋6H2(g) 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(zhuǎn)化率見下圖：

①此反應為 (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，請寫出在堿性介質(zhì)中電池正極的電極反應式_______________________。

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(zhuǎn)化率是多少？（計算結(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達到平衡，請在答題卡的坐標圖中畫出H2濃度變化圖。(請標出相應的數(shù)據(jù))

 

Answer 1

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

③設平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為x 。

2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)

開始　 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，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，說明升高溫度，化學平衡逆向移動。根據(jù)平衡移動原理，升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動，因此正反應為放熱反應�；瘜W平衡常數(shù)K只與溫度有關，溫度不變，化學平衡常數(shù)就不變。③在反應開始時c(CO2)=1mol/L,c(H2)=3mol/L; c(CH3OCH3)=0, c(H2O)=0.假設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的體積分數(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在反應開始時c(H2)=5mol/L，c(CO2)= 2.5 mol/L; [n(H2)/n(CO2)]=2，假設反應過程中Δc(CO2)=amol/L; Δc(H2)=3amol/L; Δc(CH3OCH3)=a/2mol/L; Δc(H2O)= 3a/2mol/L則當反應達到平衡時由于CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，所以60%，所以a=1.5mol/L.因此平衡時c(H2)= (5-3a)mol/L=0.5mol/L.可畫圖如上述答案。略。

考點：考查化學平衡常數(shù)、外界條件對化學平衡的影響、反應熱的計算的知識。