Question

燃煤废气中的氮氧化物（NO_x）、二氧化碳等气体，常用下列方法处理，以实现节能减排、废物利用等．
（1）对燃煤废气进行脱硝处理时，常利用甲烷催化还原氮氧化物，如：
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
则CH₄（g）将NO₂（g）还原为N₂（g）等的热化学方程式为

 

．
（2）将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：
2CO₂（g）+6H₂（g）

催化剂

 CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下表：

投料比[n（H2）/n（CO2）]	500K	600K	700K	800K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

①若温度升高，则反应的平衡常数K将

 

（填“增大”、“减小”或“不变”．下同）；若温度不变，提高投料比[n（H₂）/n（CO₂）]，则K将

 

．
②若用甲醚作为燃料电池的原料，请写出在碱性介质中电池负极的电极反应式

 

．
③在②所确定的电池中，若通入甲醚（沸点为-24.9℃）的速率为1.12L?min^-1（标准状况），并以该电池作为电源电解2mol?L^-1CuSO₄溶液500mL，则通电30s后理论上在阴极可析出金属铜

 

g．

Answer 1

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）①依据平衡常数随温度变化分析判断，平衡常数只随温度变化；
②甲醚作为燃料电池的原料．甲醚在负极失电子发生氧化反应，依据电极书写方法写出电极反应；
③甲醚燃料电池为原电池做电源电解硫酸铜溶液，锌接原电池负极做阴极，依据电解原理，阳离子移向阴极，结合电极反应电子守恒计算；

解答：解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ．mol^-l
②CH₄（g）十4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ．mol^-l
依据盖斯定律①+②得到：2 CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734KJ/mol；
即热化学方程式为：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依据图表数据分析，平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，正反应为放热反应，改变投料比不影响平衡常数；故答案为：减小，不变；
②若用甲醚作为燃料电池的原料，甲醚在负极失电子反应氧化反应，在碱性介质中电池负极的电极反应式：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
故答案为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
③甲醚燃料电池设计如图所示的装置，甲醚燃料电池为原电池做电源电解硫酸铜溶液，阴极电极反应为Cu²⁺+2e^-=Cu，通入甲醚（沸点为-24.9℃）的速率为1.12L?min^-1（标准状况），则通电30s后消耗甲醚的物质的量是0.56L即0.025mol，根据反应CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，这些甲醚伴随着0.3mol电子转移，阴极电极反应为Cu²⁺+2e^-=Cu，当转移电子0.3mol时，析出金属铜的物质的量是0.15mol，质量是0.15mol×64g/mol=9.6g，
故答案为：9.6．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡常数的影响因素判断，原电池、电解池的电极反应书写，原理应用和电子守恒计算，题目难度中等．