Question

火力發(fā)電廠釋放出大量的氮氧化物（NO_x）、二氧化硫和二氧化碳等氣體會造成環(huán)境污染．對燃煤廢氣進行脫硝、脫硫和脫碳等處理，可實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排、廢物利用等目的．
（1）脫硝．利用甲烷催化還原NO_x：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1
甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為

 

．
（2）脫碳．將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
①取五份等體積的CO₂和H₂的混合氣體（物質(zhì)的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，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的關系曲線如圖甲所示，則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的反應的△H₃

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一恒溫恒容密閉容器中充入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乙所示．試回答：0～10min內(nèi)，氫氣的平均反應速率為

 

mol/（L?min）；該溫度下，反應的平衡常數(shù)的值為

 

；第10min后，向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，則再次達到平衡時CH₃OH（g）的體積分數(shù)

 

（填變大、減少、不變）．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學平衡的影響因素,物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，利用已知化學反應方程式乘以某個系數(shù)相加或相減，構造出目標化學反應方程式，該化學反應的焓變即為已知化學反應方程式的焓變乘以某個系數(shù)相加或相減得到．
（2）①先根據(jù)圖表，利用v=

△c

△t

計算v（CO₂），再利用各物質(zhì)的反應速率之比等于計量數(shù)之比，確定v（H₂）；
該溫度下該反應的K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

；利用三段式計算平衡時各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算平衡常數(shù)；
第10min后，向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強，平衡向正反應移動，CH₃OH（g）的體積分數(shù)增大；
②到達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應進行；
（3）配制100ml一定物質(zhì)的量濃度的硫酸銨溶液所需玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、100mL容量瓶、膠頭滴管．

解答： 解：（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．
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1
兩式相加可得
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol  
故答案為：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/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△H₃＜0．
故答案為：＜
②由圖可知，10min時，反應已經(jīng)達平衡，△c（CO₂）=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以10min內(nèi)，v（CO₂）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），反應速率之比等于計量數(shù)之比，故v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min）；
開始CO₂的濃度為1mol/L，故容器的體積為

1mol

1mol/L

=1L，H₂的起始濃度為

3mol

1L

=3mol/L，則：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：1        3         0         0
變化（mol/L）：0.75     2.25      0.75      0.75
平衡（mol/L）：0.25     0.75      0.75      0.75
故該溫度下平衡常數(shù)k=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33；
第10min后，向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強，平衡向正反應移動，CH₃OH（g）的體積分數(shù)增大，
故答案為：0.225mol/（L?min）；5.33；變大；

點評：本題以燃煤廢氣進行脫碳和脫硫等處理為載體，考查化學平衡有關圖象、反應速率計算、平衡常數(shù)計算、影響化學平衡的因素等，難度中等，培養(yǎng)了學生分析問題解決問題的能力．