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=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?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）

催化劑

 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）]	500K	600K	700K	800K
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

 

．
③在②所確定的電池中，若通入甲醚（沸點為-24.9℃）的速率為1.12L?min^-1（標準狀況），并以該電池作為電源電解2mol?L^-1CuSO₄溶液500mL，則通電30s后理論上在陰極可析出金屬銅

 

g．

Answer 1

分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）①依據平衡常數隨溫度變化分析判斷，平衡常數只隨溫度變化；
②甲醚作為燃料電池的原料．甲醚在負極失電子發生氧化反應，依據電極書寫方法寫出電極反應；
③甲醚燃料電池為原電池做電源電解硫酸銅溶液，鋅接原電池負極做陰極，依據電解原理，陽離子移向陰極，結合電極反應電子守恒計算；

解答：解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ．mol^-l
②CH₄（g）十4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ．mol^-l
依據蓋斯定律①+②得到：2 CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734KJ/mol；
即熱化學方程式為：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依據圖表數據分析，平衡常數隨溫度升高減小，平衡逆向進行，正反應為放熱反應，改變投料比不影響平衡常數；故答案為：減小，不變；
②若用甲醚作為燃料電池的原料，甲醚在負極失電子反應氧化反應，在堿性介質中電池負極的電極反應式：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
③甲醚燃料電池設計如圖所示的裝置，甲醚燃料電池為原電池做電源電解硫酸銅溶液，陰極電極反應為Cu²⁺+2e^-=Cu，通入甲醚（沸點為-24.9℃）的速率為1.12L?min^-1（標準狀況），則通電30s后消耗甲醚的物質的量是0.56L即0.025mol，根據反應CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，這些甲醚伴隨著0.3mol電子轉移，陰極電極反應為Cu²⁺+2e^-=Cu，當轉移電子0.3mol時，析出金屬銅的物質的量是0.15mol，質量是0.15mol×64g/mol=9.6g，
故答案為：9.6．

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡常數的影響因素判斷，原電池、電解池的電極反應書寫，原理應用和電子守恒計算，題目難度中等．