Question

燃煤廢氣中的氮氧化物（NO_x）、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）對燃煤廢氣進(jìn)行脫硝處理時，常利用甲烷催化還原氮氧化物：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-570kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
則CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=

 

．
（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）

催化劑

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，CO₂的轉(zhuǎn)化率見圖：

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，請寫出在堿性介質(zhì)中電池正極的電極反應(yīng)式

 

．
③在a MPa和一定溫度下，將6mol H₂和2mol CO₂在2L密閉容器中混合，當(dāng)該反應(yīng)達(dá)到平衡時，測得平衡混合氣中CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)約為16.7%（即

1

6

），此時CO₂的轉(zhuǎn)化率是多少？（在答題卡的方框內(nèi)寫出計(jì)算過程，計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律用已知的反應(yīng)來求未知反應(yīng)的焓變；
（2）①由圖可知溫度越高，CO₂轉(zhuǎn)化率越小，則平衡逆移；平衡常數(shù)K只與溫度有關(guān)；根據(jù)溫度對平衡的影響分析△H的符號；
②甲醚作為燃料電池的原料．甲醚在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，依據(jù)電極書寫方法寫出電極反應(yīng)；
③利用三段式表示出平衡時各組分的物質(zhì)的量，根據(jù)平衡混合氣中CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)約為16.7%求出二氧化碳的轉(zhuǎn)化量，再求轉(zhuǎn)化率．

解答： 解：（1）因蓋斯定律，不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的．兩式相加，可得
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1730 kJ/mol，所以CH₄（g）+NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-865 kJ/mol，
故答案為：-865 kJ?mol^-1；
（2）①由圖可知溫度越高，CO₂轉(zhuǎn)化率越小，則平衡逆移，所以升高溫度，K減��；K只受溫度影響，若溫度不變，提高投料比，則K不變；因?yàn)闇囟仍礁�，CO₂轉(zhuǎn)化率越小，則平衡逆移，所以該反應(yīng)正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，即△H＜0，
故答案為：放熱；不變；
②若用甲醚作為燃料電池的原料，甲醚在負(fù)極失電子反應(yīng)氧化反應(yīng)，氧氣在正極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，在堿性介質(zhì)中電池正極的電極反應(yīng)式：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，故答案為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
③設(shè)CO₂物質(zhì)的量變化量為xmol，則：
             2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
開始（mol/L）：1       3         0             0
變化（mol/L）：x      3x        0.5x         1.5x
平衡（mol/L）：1-x    3-3x      0.5 x         1.5x
測得平衡混合氣中CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)約為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，
則CO₂的轉(zhuǎn)化率為：

0.8

1

×100%=80%，
答：CO₂的轉(zhuǎn)化率是80%．

點(diǎn)評：本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用及熱化學(xué)方程式的書寫、影響平衡移動及平衡常數(shù)的因素、化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、原電池原理；側(cè)重于反應(yīng)原理的應(yīng)用的考查，題目難度中等，注意燃料電池中電解質(zhì)溶液的酸堿性對電極反應(yīng)的影響．