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(jìn)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(zhuǎn)化為無害氣體，發(fā)生如下反應(yīng)：
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(xué)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(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)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(zhì)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(yīng)，反應(yīng)相同時間后，測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH） 與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖1所示，則上述反應(yīng)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(jìn)行上述反應(yīng)，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．前3min內(nèi)H₂的反應(yīng)速率為

 

，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為

 

，T℃時上述反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的計算

專題：化學(xué)平衡專題

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

△c

△t

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

解答： 解（1）將反應(yīng)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(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），其反應(yīng)熱）△H=

△H1+△H2

2

=-867kJ/mol，熱反應(yīng)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(yīng)到達(dá)平衡，達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，升高溫度平衡吸熱方向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，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(yīng)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(zhuǎn)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(xué)方程式的書寫、平衡狀態(tài)的判斷、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)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(dá)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．