Question

11．燃煤廢氣中的氮氧化物（NOx）、二氧化碳等氣體，常用下列方法處理，以實現節能減排、廢物利用等．
（1）①對燃煤廢氣進行脫硝處理時，常利用甲烷催化還原氮氧化物，如：
CH4₄（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
則CH₄（g）將NO2₂g）還原為N₂（g）等的熱化學方程式為．2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol
②若用甲烷作為燃料電池的原料，請寫出在堿性介質中電池負極的電極反應式CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）將燃煤廢氣中的CO₂轉化為甲醚的反應原理為：
2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＜0
①對于該反應下列說法正確的是BD
A．若溫度升高，則反應的平衡常數K將增大”
B．一定條件下增加H₂的濃度可以提高反應速率
C．加入催化劑可提高CO₂的轉化率
D．恒溫恒容條件下若壓強保持不變，可認為反應到達平衡狀態
②將6molH₂和2mol CO₂在2L密閉容器中混合，當該反應達到平衡時，測得平衡混合氣中CH₃OCH₃的體積分數約為16.7%（即$\frac{1}{6}$），此時CO₂的轉化率為．80%．

Answer 1

分析 （1）①根據蓋斯定律，利用已知化學反應方程式乘以某個系數相加或相減，構造出目標化學反應方程式，該化學反應的焓變即為已知化學反應方程式的焓變乘以某個系數相加或相減得到；
②CH₄作為燃料電池的原料，甲烷發生氧化反應，在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水；
（2）①A．若溫度升高，平衡向吸熱反應方向移動，據此判斷；
B．一定條件下增加H₂的濃度，即增大反應物濃度，則反應速率增大；
C．催化劑只能改變反應速率，不能改變平衡移動；
D．因為該反應為氣體體積減小的反應，所以恒溫恒容條件下若壓強保持不變，可認為反應到達平衡狀態．
②利用三段式表示出平衡時各組分的物質的量，根據平衡混合氣中CH₃OCH₃的體積分數約為16.7%求出二氧化碳的轉化量，再求轉化率．

解答 解：（1）①因蓋斯定律，不管化學反應是一步完成還是分幾步完成，其反應熱是相同的．兩式相加，可得
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol
故答案為：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol；
②CH₄作為燃料電池的原料，甲烷發生氧化反應，在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，負極電極反應式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）①A．若溫度升高，平衡向吸熱反應方向移動即逆反應方向移動，所以平衡常數K將減小，故A錯誤；
B．一定條件下增加H₂的濃度，即增大反應物濃度，則反應速率增大，故B正確；
C．催化劑只能改變反應速率，不能改變平衡移動，故C錯誤；
D．因為該反應為氣體體積減小的反應，所以恒溫恒容條件下若壓強保持不變，可認為反應到達平衡狀態，故D正確；
故選：BD；
②設CO₂物質的量變化量為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的體積分數約為16.7%（即$\frac{1}{6}$），
所以$\frac{0.5x}{1-x+3-3x+0.5x+1.5x}$×100%=16.7%，解得x=0.80，
則CO₂的轉化率為：$\frac{0.8}{1}$×100%=80%，
故答案為：80%．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用及熱化學方程式的書寫、影響平衡移動及平衡常數的因素、化學平衡的有關計算、原電池原理；側重于反應原理的應用的考查，題目難度中等，注意燃料電池中電解質溶液的酸堿性對電極反應的影響．