Question

6．工業(yè)燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量氮氧化物（NO_x），CO₂，SO₂等氣體，嚴(yán)重污染空氣．對廢氣進(jìn)行脫硝、脫碳和脫硫處理可實現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用．
Ⅰ．脫硝：在催化劑存在下，用H₂還原NO₂可生成水蒸氣和其它無毒物質(zhì)，寫出該反應(yīng)化學(xué)方程式：4H₂+2NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O
Ⅱ．脫碳：在體積為2L的密閉容器中充人2mo1CO₂，6mol H₂，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化曲線如圖1．
①下列敘述能說明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是ab．
a．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
b.1mol CO₂生成的同時有3mol H-H鍵斷裂
c．CO₂和H₂的轉(zhuǎn)化率相等
d．混合氣體的密度保持不變
②從反應(yīng)開始到平衡，H₂的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.18mol/（L•min），
平衡時H₂的濃度c（H₂）=1.2mol/L．
Ⅲ．甲醇/空氣一KOH燃料電池廣泛應(yīng)用于筆記本電腦儲能供能裝置，電池工作原理如圖2所示．
①寫出負(fù)極反應(yīng)方程式：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②電池工作過程中電解質(zhì)溶液pH降低
（填“升高”、“降低”或“不變‘’）

Answer 1

分析 Ⅰ．在催化劑存在下，用H₂還原NO₂可生成水蒸氣和其它無毒物質(zhì)，應(yīng)生成氮氣與水；
Ⅱ．①可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達(dá)平衡；
②二氧化碳是反應(yīng)物，濃度減小，甲醇是生成物，濃度增大，由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.6mol/L，根據(jù)濃度變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比氫氣的濃度變化量，氫氣平衡濃度=起始濃度-濃度變化量，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂）；
Ⅲ．①負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水；
②反應(yīng)中消耗KOH，溶液堿性減弱．

解答 解：Ⅰ．在催化劑存在下，用H₂還原NO₂可生成水蒸氣和其它無毒物質(zhì)，應(yīng)生成氮氣與水，反應(yīng)方程式為：4H₂+2NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O，故答案為：4H₂+2NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O；
Ⅱ．①a．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行，混合氣體總物質(zhì)的量進(jìn)行，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變，說明到達(dá)平衡，故a正確；
b．1mol CO₂生成的同時有3mol H-H鍵斷裂，而斷裂3molH-H鍵同時有1molCO₂消耗，CO₂的消耗速率與生成速率相等，反應(yīng)到達(dá)平衡，故b正確；
c．CO₂和H₂的起始物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，二者轉(zhuǎn)化率始終相等，故c錯誤；
d．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體密度為定值，故d錯誤，
故選：ab；
②二氧化碳是反應(yīng)物，濃度減小，甲醇是生成物，濃度增大，由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.6mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量為0.6mol/L×3=1.8mol/L，v（H₂）=$\frac{1.8mol/L}{10min}$=0.18mol/（L•min），氫氣的平衡濃度為$\frac{6mol}{2L}$-1.8mol/L=1.2mol/L，
故答案為：0.18mol/（L•min）；1.2mol/L；
Ⅲ．①負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②反應(yīng)中消耗KOH，溶液堿性減弱，溶液pH降低，故答案為：降低．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、原電池等，注意判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達(dá)平衡．