Question

燃煤煙氣中含有大量的氮氧化合物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等，不宜直接排放到空氣中，可采用以下措施對燃煤煙氣進行處理．

（1）選擇性催化還原法的脫硝原理是在催化劑存在下，通入甲烷使氮氧化合物（NO_x）轉化為無害氣體，發(fā)生如下反應：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ/mol
甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為

 

．
（2）用二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向．將CO₂轉化為甲醇的熱化學方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
①取五份等體體積CO₂和H₂的混合氣體（物質的量之比均為1：3），分別加入容積相同的恒容密閉容器中，在不同溫度下發(fā)生上述反應，反應相同時間后，測得甲醇的體積分數(shù)φ（CH₃OH） 與反應溫度T的關系曲線如圖1所示，則上述反應的△H₃

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②T℃時，向容積為1L的恒溫密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，進行上述反應，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．前3min內H₂的反應速率為

 

，CO₂的平衡轉化率為

 

，T℃時上述反應的平衡常數(shù)為

 

．

Answer 1

考點：物質的量或濃度隨時間的變化曲線,熱化學方程式,化學平衡的計算

專題：化學平衡專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律可寫出熱化學方程式；
（2）①溫度對平衡移動方向的影響判斷反應的熱量變化；由圖可知最高點反應到達平衡，到達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，升高溫度平衡向逆反應進行，據(jù)此判斷；
②根據(jù)v=

△c

△t

，計算反應速率；利用三段式法可計算出轉化率；化學平衡常數(shù)為生成物濃度冪之比與反應物濃度冪之積的比進而求得化學平衡常數(shù)；

解答： 解（1）將反應CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ/mol和CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ/mol相加再約去公約數(shù)即可得反應CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），其反應熱）△H=

△H1+△H2

2

=-867kJ/mol，熱反應方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-867kJ/mol；
（2）①由圖可知最高點反應到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應進行，升高溫度平衡吸熱方向進行，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，即△H＜0，故答案為：＜；
②由圖中的數(shù)據(jù)，利用三段式法解，
                            CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）            1         3     
反應變化的濃度（mol/L）       0.75     2.25    0.75         0.75
平衡時的濃度（mol/L）        0.25      0.75     0.75          0.75
3min時的濃度（mol/L）         0.5               0.5
3min時變化的濃度（mol/L）     0.5               
由此可得：vH2=

1.5mol/L

3min

=0.5mol?L^-1?min^-1
CO₂的平衡轉化率=

0.75

1

×100%=75%
平衡常數(shù)k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c3(H2)?c(CO2)

=

0.75×0.75

0.25×0.753

=

16

3

故答案為：0.5mol?L^-1?min^-1；75%；

16

3

．

點評：本題考查了熱化學方程式的書寫、平衡狀態(tài)的判斷、轉化率、反應速率、平衡常數(shù)的計算等知識，本題的難點在于對圖1中平衡的判斷，在達到最高點之前是建立平衡的過程，在最高點之后是受溫度影響，平衡移動的過程．