工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、CO
2、CO、SO
2等气体,严重污染空气。对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。
I.脱硝:已知:H
2的热值为142.9 kJ/g(热值是表示单位质量的燃料完全燃烧时所放出的热量);
N
2(g) + 2O
2(g) = 2NO
2(g) △H= +133 kJ/mol
H
2O(g) =H
2O(l) △H=- 44 kJ/mol
催化剂存在下,H
2还原NO
2生成水蒸气和N
2的热化学方程式为_____
Ⅱ.脱碳:
(1)向2L恒容密闭容器中加入2 mol CO
2、6 mol H
2,在适当的催化剂作用下,发生反应 :
CO
2(g)+3H
2(g) ⇌ CH
3OH(l)+H
2O(l)。下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是________。
A.混合气体的平均摩尔质量保持不变 | B.CO2和H2的体积分数保持不变 |
C.CO2和H2的转化率相等 | D.混合气体的密度保持不变 |
E.1 mol CO2生成的同时有3 mol H—H键断裂 |
(2)改变温度,使反应CO
2(g) + 3H
2(g) ⇌ CH
3OH(g) + H
2O(g)△H<0中的所有物质都为气态,起始温度体积相同(T
1℃、2L密闭容器)。反应过程中部分数据见下表:
恒温恒容
| 反应时间
| CO2(mol)
| H2(mol)
| CH3OH(mol)
| H2O(mol)
|
反应I
| 0 min
| 2
| 6
| 0
| 0
|
10 min
|
| 4.5
|
|
|
20 min
| 1
|
|
|
|
30 min
|
|
| 1
|
|
反应II
| 0 min
| 0
| 0
| 2
| 2
|
①达到平衡时,反应I、II对比:平衡时CH
3OH的浓度c(I)___________c(II)。(填“>”“<”或“=”,下同);将反应I的条件改为绝热恒容,平衡时的平衡常数与反应I的比较_________(填“增大”“减小”或“不变”)
②对反应Ⅰ,前10min内的平均反应速率v(CH
3OH)=________ ,在其他条件不变下,将温度改为T
2,测得30min时,H
2的物质的量为3.2mol,则T
1____T
2(填“>”“<”或“=”)若30min时只向容器中再冲入1molCO
2(g)和1molH
2O(g),则平衡_______移动(填“正向”、“逆向”或“不”)
(3)甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解100mL 1mol·L
-1食盐水,电解一段时间后,收集到标准状况下的氢气2.24L(设电解后溶液体积不变)。

①甲烷燃料电池的负极反应式: ____________________________________
②电解后溶液的pH= __________________________(忽略氯气与氢氧化钠溶液反应)。