Question

燃煤废气中的氮氧化物（NO）、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=-574kJmol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJmol^-1  则CH₄（g）将NO₂（g）还原为N等的热化学方程式为

 

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

催化剂  .

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知在压强为aMPa下，该反应在不同温度，不同投料比时，CO₂的转化率见图：
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

m(H2)

n(CO2)

，则K将

 

；该反应△H

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）
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aMPa和一定温度下，将6molH₂和2mol CO₂在2L密闭容器中混合，当该反应达到平衡时，测得平衡混合气中CH₃OCH₃的体积分数约为16.7%（即

1

6

），此时CO₂的转化率是多少？（写出计算过程，计算结果保留2位有效数字）

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡常数的含义,化学平衡的计算

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）①由图可知温度越高，CO₂转化率越小，则平衡逆移；平衡常数K只与温度有关；根据温度对平衡的影响分析△H的符号；
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利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，根据平衡混合气中CH₃OCH₃的体积分数约为16.7%求出二氧化碳的转化量，再求转化率．

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由图可知温度越高，CO₂转化率越小，则平衡逆移，所以升高温度，K减小；K只受温度影响，若温度不变，提高投料比，则K不变；因为温度越高，CO₂转化率越小，则平衡逆移，所以该反应正方向为放热反应，即△H＜0，
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设CO₂物质的量变化量为xmol，则：
             2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
开始（mol/L）：1       3          1          1
变化（mol/L）：x      3x         

1

2

x         

3

2

x  
平衡（mol/L）：1-x    3-3x       

1

2

x        

3

2

x
测得平衡混合气中CH₃OCH₃的体积分数约为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，
则CO₂的转化率为：

0.8

1

×100%=80%，
故答案为：80%．

点评：本题考查了盖斯定律的应用及热化学方程式的书写、影响平衡移动及平衡常数的因素、化学平衡的有关计算、原电池原理；侧重于反应原理的应用的考查，题目难度中等，注意燃料电池中电解质溶液的酸碱性对电极反应的影响．