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：
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
則CH₄ (g)＋2NO₂(g)="=" N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  ΔH＝___________。
（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)
已知在壓強為a MPa下，該反應在不同溫度、不同投料比時，CO₂的轉化率見下圖：
①此反應為         (填“放熱”、“吸熱”)；若溫度不變，提高投料比[n(H₂)/n(CO₂)]，則K將________(填“增大”、“減小”或“不變”)。
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正極的電極反應式_______________________。
③在a MPa和一定溫度下，將6 mol H₂和2 mol CO₂在2 L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1/6)，此時CO₂的轉化率是多少？（計算結果保留2位有效數字)
④在a MPa和500K下，將10mol H₂和5 mol CO₂在2 L密閉容器中混合，5min達到平衡，請在答題卡的坐標圖中畫出H₂濃度變化圖。(請標出相應的數據)

Answer 1

（1）－865 kJ/mol  （2） ① 放熱；不變；  ② O₂ ＋4e^－＋2H₂O ==4OH^－ 
③設平衡時CO₂的轉化率為x。
2CO₂(g)＋6H₂(g) CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g)
開始　 1　　　 3　　　　　 　0　　　　　0
轉化　 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的轉化率為80%。
④

試題分析：（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的轉化率圖可知：升高溫度，CO₂的轉化率降低；在相同的溫度時，n(H₂):n(CO₂)越高，CO₂的轉化率越大。升高溫度，CO₂的轉化率降低，說明升高溫度，化學平衡逆向移動。根據平衡移動原理，升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動，因此正反應為放熱反應。化學平衡常數K只與溫度有關，溫度不變，化學平衡常數就不變。③在反應開始時c(CO₂)=1mol/L,c(H₂)="3mol/L;" c(CH₃OCH₃)="0," c(H₂O)=0.假設CO₂轉化濃度為x,則Δc(H₂)="2xmol/L;" Δc(CH₃OCH₃)="x/2mol/L;" Δc(H₂O)= 3x/2mol/L。平衡時各種物質的濃度分別是c(CO₂)="(1-x)mol/L;" c(H₂)=(3－2x)mol/L; c(CH₃OCH₃)="x/2mol/L;" c(H₂O)= 3x/2mol/L。平衡混合氣中CH₃OCH₃的體積分數約為16.7%(即1/6)所以×100%＝16.7%；解得x= x＝0.80即CO₂的轉化率為80%。④在反應開始時c(H₂)=5mol/L，c(CO₂)=" 2.5" mol/L; [n(H₂)/n(CO₂)]=2，假設反應過程中Δc(CO₂)="amol/L;" Δc(H₂)="3amol/L;" Δc(CH₃OCH₃)="a/2mol/L;" Δc(H₂O)= 3a/2mol/L則當反應達到平衡時由于CO₂的轉化率為60%，所以60%，所以a=1.5mol/L.因此平衡時c(H₂)= (5-3a)mol/L=0.5mol/L.可畫圖如上述答案。略。