Question

燃煤烟气中含有大量的氮氧化合物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等，不宜直接排放到空气中，可采用以下措施对燃煤烟气进行处理．

（1）选择性催化还原法的脱硝原理是在催化剂存在下，通入甲烷使氮氧化合物（NO_x）转化为无害气体，发生如下反应：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ/mol
甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为

 

．
（2）用二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向．将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
①取五份等体体积CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入容积相同的恒容密闭容器中，在不同温度下发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ（CH₃OH） 与反应温度T的关系曲线如图1所示，则上述反应的△H₃

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②T℃时，向容积为1L的恒温密闭容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，进行上述反应，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．前3min内H₂的反应速率为

 

，CO₂的平衡转化率为

 

，T℃时上述反应的平衡常数为

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,热化学方程式,化学平衡的计算

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据盖斯定律可写出热化学方程式；
（2）①温度对平衡移动方向的影响判断反应的热量变化；由图可知最高点反应到达平衡，到达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，升高温度平衡向逆反应进行，据此判断；
②根据v=

△c

△t

，计算反应速率；利用三段式法可计算出转化率；化学平衡常数为生成物浓度幂之比与反应物浓度幂之积的比进而求得化学平衡常数；

解答： 解（1）将反应CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol和CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ/mol相加再约去公约数即可得反应CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），其反应热）△H=

△H1+△H2

2

=-867kJ/mol，热反应方程式为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ/mol；
（2）①由图可知最高点反应到达平衡，达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反应进行，升高温度平衡吸热方向进行，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，即△H＜0，故答案为：＜；
②由图中的数据，利用三段式法解，
                            CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始浓度（mol/L）            1         3     
反应变化的浓度（mol/L）       0.75     2.25    0.75         0.75
平衡时的浓度（mol/L）        0.25      0.75     0.75          0.75
3min时的浓度（mol/L）         0.5               0.5
3min时变化的浓度（mol/L）     0.5               
由此可得：vH2=

1.5mol/L

3min

=0.5mol?L^-1?min^-1
CO₂的平衡转化率=

0.75

1

×100%=75%
平衡常数k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c3(H2)?c(CO2)

=

0.75×0.75

0.25×0.753

=

16

3

故答案为：0.5mol?L^-1?min^-1；75%；

16

3

．

点评：本题考查了热化学方程式的书写、平衡状态的判断、转化率、反应速率、平衡常数的计算等知识，本题的难点在于对图1中平衡的判断，在达到最高点之前是建立平衡的过程，在最高点之后是受温度影响，平衡移动的过程．