Question

燃煤废气中的氮氧化物(NOx)、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：

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

则CH4 (g)＋2NO2(g)== N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝___________。

（2）将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)

已知在压强为a MPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下图：

①此反应为 (填“放热”、“吸热”)；若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则K将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

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正极的电极反应式_______________________。

③在a MPa和一定温度下，将6 mol H2和2 mol CO2在2 L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？（计算结果保留2位有效数字)

④在a MPa和500K下，将10mol H2和5 mol CO2在2 L密闭容器中混合，5min达到平衡，请在答题卡的坐标图中画出H2浓度变化图。(请标出相应的数据)

 

Answer 1

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

③设平衡时CO2的转化率为x 。

2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)

开始　 1　　　 3　　　　　 　0　　　　　0

转化　 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的转化率为80%。

④

 

【解析】

试题分析：（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的转化率图可知：升高温度，CO2的转化率降低；在相同的温度时，n(H2):n(CO2)越高，CO2的转化率越大。升高温度，CO2的转化率降低，说明升高温度，化学平衡逆向移动。根据平衡移动原理，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，因此正反应为放热反应。化学平衡常数K只与温度有关，温度不变，化学平衡常数就不变。③在反应开始时c(CO2)=1mol/L,c(H2)=3mol/L; c(CH3OCH3)=0, c(H2O)=0.假设CO2转化浓度为x,则Δc(H2)=2xmol/L; Δc(CH3OCH3)=x/2mol/L; Δc(H2O)= 3x/2mol/L。平衡时各种物质的浓度分别是c(CO2)=(1-x)mol/L; c(H2)=(3－2x)mol/L; c(CH3OCH3)=x/2mol/L; c(H2O)= 3x/2mol/L。平衡混合气中CH3OCH3的体积分数约为16.7%(即1/6)所以×100%＝16.7%；解得x= x＝0.80即CO2的转化率为80%。④在反应开始时c(H2)=5mol/L，c(CO2)= 2.5 mol/L; [n(H2)/n(CO2)]=2，假设反应过程中Δc(CO2)=amol/L; Δc(H2)=3amol/L; Δc(CH3OCH3)=a/2mol/L; Δc(H2O)= 3a/2mol/L则当反应达到平衡时由于CO2的转化率为60%，所以60%，所以a=1.5mol/L.因此平衡时c(H2)= (5-3a)mol/L=0.5mol/L.可画图如上述答案。略。

考点：考查化学平衡常数、外界条件对化学平衡的影响、反应热的计算的知识。