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，以實現節能減排、廢物利用等。
（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：
CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) △H＝－574 kJ·mol^－1
CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－1160 kJ·mol^－1
則CH₄(g)將NO₂(g)還原為N₂(g)等的熱化學方程式為              。
（2）將燃煤廢氣中的CO₂轉化為甲醚的反應原理為：
2CO₂(g) + 6H₂(g) CH₃OCH₃(g) + 3H₂O(g)
已知一定壓強下，該反應在不同溫度、不同投料比時，CO₂的轉化率見下表：

投料比[n(H2) / n(CO2)]	500 K	600 K	700 K	800 K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

①若溫度升高，則反應的平衡常數K將             （填“增大”、“減小”或“不變”。下同）；若溫度不變，提高投料比[n(H₂) / n(CO₂)]，則K將             。
②若用甲醚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
                                      。若通入甲醚（沸點為-24.9 ℃）的速率為1.12 L·min^-1（標準狀況），并以該電池作為電源電解2 mol·L^-1 CuSO₄溶液500 mL，則通電30 s后理論上在陰極可析出金屬銅     g。

Answer 1

（12分）（1）CH₄(g) ＋2NO₂(g)＝N₂(g) ＋CO₂(g) ＋2H₂O(g)  △H＝－867 kJ·mol^－1（3分）
（2）①減小（2分） 不變（2分） ②CH₃OCH₃ －12e^－ ＋16OH^－＝2CO₃^2－ ＋11H₂O（3分） ③9.6（2分）

試題分析：（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。則兩式相加，可得反應2CH₄（g）+4NO₂（g）＝2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g），所以反應熱△H＝－574 kJ/mol－－1160 kJ/mol＝－1734 kJ/mol 。
（2）①根據表中數據可知，隨著溫度的升高，CO₂的轉化率是減小的，這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，所以正方應是放熱反應。升高溫度平衡常數減小。溫度不變，提高投料比[n(H₂) / n(CO₂)]，CO₂的轉化率增大。但平衡常數只與溫度有關系，因此平衡常數是不變的。
②原電池中負極失去電子，所以甲醚在負極通入。由于電解質是堿性的，則負極的電極反應式是CH₃OCH₃ －12e^－ ＋16OH^－＝2CO₃^2－ ＋11H₂O。通電30s后成反應的甲醚是1.12 L·min^-1×0.5min＝0.56L，物質的量是0.56L÷22.4L/mol＝0.025mol，因此根據電極反應式可知轉移電子的物質的量是0.025mol×12＝0.3mol。陰極是銅離子得到電子，電極反應式是Cu^2＋＋2e^－＝Cu，所以生成的銅是0.3mol÷2＝0.15mol，質量是0.15mol×64g/mol＝9.6g。
點評：該題是中等難度的試題，也是高考中的常見題型。試題貼近高考，難易適中，基礎性強，有利于調動學生的學習興趣和學習積極性，提高學生的應試能力和學習效率。也有利于培養學生的邏輯推理能力和抽象思維能力。