Question

火力发电厂释放出大量的氮氧化物（NOx）、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染．对燃煤废气进行脱硝

火力发电厂释放出大量的氮氧化物（NOx）、二氧化硫和二氧化碳等气体会造成环境污染．对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理，可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的．（1）脱硝．利用甲烷催化还原NOx：CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H1=-574kJ?mol-1CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H2=-1160kJ?mol-1甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为______．（2）脱碳．将CO2转化为甲醇的热化学方程式为：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H3①取五份等体积的CO2和H2的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ（CH3OH） 与反应温度T的关系曲线如图甲所示，则上述CO2转化为甲醇的反应的△H3______0（填“＞”、“＜”或“=”）．②在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO2和3mol H2，进行上述反应．测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如图乙所示．试回答：0～10min内，氢气的平均反应速率为______mol/（L?min）；该温度下，反应的平衡常数的值为______；第10min后，向该容器中再充入1mol CO2和3mol H2，则再次达到平衡时CH3OH（g）的体积分数______（填变大、减少、不变）．

Answer 1

（1）因盖斯定律，不管化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的．
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
两式相加可得
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol  
故答案为：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1734 kJ/mol       
（2）①由图可知最高点反应到达平衡，达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反应进行，升高温度平衡吸热方向进行，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，即△H₃＜0．
故答案为：＜
②由图可知，10min时，反应已经达平衡，△c（CO₂）=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以10min内，v（CO₂）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），反应速率之比等于计量数之比，故v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min）；
开始CO₂的浓度为1mol/L，故容器的体积为

1mol

1mol/L

=1L，H₂的起始浓度为

3mol

1L

=3mol/L，则：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始（mol/L）：1        3         0         0
变化（mol/L）：0.75     2.25      0.75      0.75
平衡（mol/L）：0.25     0.75      0.75      0.75
故该温度下平衡常数k=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33；
第10min后，向该容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效为增大压强，平衡向正反应移动，CH₃OH（g）的体积分数增大，
故答案为：0.225mol/（L?min）；5.33；变大；