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(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、廢物利用等．
（1）①對(duì)燃煤廢氣進(jìn)行脫硝處理時(shí)，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(xué)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(qǐng)寫(xiě)出在堿性介質(zhì)中電池負(fù)極的電極反應(yīng)式CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（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）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＜0
①對(duì)于該反應(yīng)下列說(shuō)法正確的是BD
A．若溫度升高，則反應(yīng)的平衡常數(shù)K將增大”
B．一定條件下增加H₂的濃度可以提高反應(yīng)速率
C．加入催化劑可提高CO₂的轉(zhuǎn)化率
D．恒溫恒容條件下若壓強(qiáng)保持不變，可認(rèn)為反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)
②將6molH₂和2mol CO₂在2L密閉容器中混合，當(dāng)該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得平衡混合氣中CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)約為16.7%（即$\frac{1}{6}$），此時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率為．80%．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)蓋斯定律，利用已知化學(xué)反應(yīng)方程式乘以某個(gè)系數(shù)相加或相減，構(gòu)造出目標(biāo)化學(xué)反應(yīng)方程式，該化學(xué)反應(yīng)的焓變即為已知化學(xué)反應(yīng)方程式的焓變乘以某個(gè)系數(shù)相加或相減得到；
②CH₄作為燃料電池的原料，甲烷發(fā)生氧化反應(yīng)，在負(fù)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(yīng)方向移動(dòng)，據(jù)此判斷；
B．一定條件下增加H₂的濃度，即增大反應(yīng)物濃度，則反應(yīng)速率增大；
C．催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能改變平衡移動(dòng)；
D．因?yàn)樵摲磻?yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，所以恒溫恒容條件下若壓強(qiáng)保持不變，可認(rèn)為反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)．
②利用三段式表示出平衡時(shí)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）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=-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(fā)生氧化反應(yīng)，在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，負(fù)極電極反應(yīng)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(yīng)方向移動(dòng)即逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以平衡常數(shù)K將減小，故A錯(cuò)誤；
B．一定條件下增加H₂的濃度，即增大反應(yīng)物濃度，則反應(yīng)速率增大，故B正確；
C．催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能改變平衡移動(dòng)，故C錯(cuò)誤；
D．因?yàn)樵摲磻?yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，所以恒溫恒容條件下若壓強(qiáng)保持不變，可認(rèn)為反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，故D正確；
故選：BD；
②設(shè)CO₂物質(zhì)的量變化量為xmol，則：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
開(kāi)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(cè)得平衡混合氣中CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)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(zhuǎn)化率為：$\frac{0.8}{1}$×100%=80%，
故答案為：80%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用及熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、影響平衡移動(dòng)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(duì)電極反應(yīng)的影響．