Question

【題目】工業燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等氣體，嚴重污染空氣。對廢氣進行脫硝、脫碳和脫硫處理可實現綠色環保、廢物利用。

I. 脫硝：

已知：H2的燃燒熱為285.8kJ·mol1

N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+133kJ·mol1

H2O(g)=H2O(l) ΔH=44kJ·mol1

催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其他無毒物質的熱化學方程式為：______。

II. 脫碳：

(1)向2L密閉容器中加入2mol CO2和6mol H2，在適當的催化劑作用下，發生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)

① 該反應自發進行的條件是_____(填“低溫”、“高溫”或“任意溫度”)

② 下列敘述能說明此反應達到平衡狀態的是_____。(填字母)

a. 混合氣體的平均式量保持不變 b. CO2和H2的體積分數保持不變 c. CO2和H2的轉化率相等

d. 混合氣體的密度保持不變 e. 1 mol CO2生成的同時有3 mol HH鍵斷裂

(2) 改變溫度，使反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＜0中的所有物質都為氣態。起始溫度、體積相同(T1℃、2L密閉容器)。反應過程中部分數據見表：

	反應時間	CO2(mol)	H2(mol)	CH3OH(mol)	H2O(mol)
反應I：恒溫恒容	0min	2	6	0	0
	10min		4.5
	20min	1
	30min			1
反應II：絕熱恒容	0min	0	0	2	2

①達到平衡時，反應I、II對比：平衡常數K(I)___K(II)(填“＞”“＜”或“=”下同)；平衡時CH3OH的濃度c(I)___c(II)。

②對反應I，前10min內的平均反應速率v(CH3OH)=_____。在其他條件不變的情況下，若30 min時只改變溫度T2℃，此時H2的物質的量為3.2 mol，則T1____T2(填“＞”、“＜”或“=”)。若30 min時只向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，則平衡_____移動(填“正向”、“逆向”或“不”)。

Answer 1

【答案】4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) ΔH=1100.2kJ·mol1 低溫 de ＜ ＜ 0.025mol/(L·min) ＜ 不

【解析】

Ⅰ．①H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJ·mol－1，

②N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+133kJ·mol－1

③H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJ·mol－1，

蓋斯定律計算①×4-②-③×4得到H2還原NO2生成水蒸氣和其它無毒物質的熱化學方程式：4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=-1100.2kJ·mol－1；

Ⅱ．（1）①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)的△S<0，△H＜0，在低溫條件下，△H-T△S<0；

②平衡標志是正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，原則是變量不變分析選項；

a、混合氣體的平均式量始終保持不變，不能說明反應達到平衡狀態，故a錯誤；

b、向2L密閉容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1：3反應，所以過程中CO2和H2的體積分數始終保持不變，故b錯誤；

c、向2L密閉容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1：3反應，CO2和H2的轉化率始終相等，不能確定反應是否達到平衡狀態，故c錯誤；

d、反應物是氣體，生成物是液體，混合氣體的密度保持不變，說明反應達到平衡狀態，故d正確；

e、1mol CO2生成的同時有3mol H-H鍵斷裂，說明正逆反應速率相同，反應達到平衡狀態，故e正確；

故選de；

（2）①CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H＜0，反應Ⅰ是恒溫恒容容器，Ⅱ為恒容絕熱，反應是放熱反應，圖表中反應ⅠⅡ若恒溫恒容達到相同平衡狀態，Ⅱ為逆向恒容絕熱，溫度降低，平衡正向進行，平衡常數增大，甲醇濃度增大；

②v（H2）= =0.075mol/（L．min），速率之比等于化學計量數之比，v（CH3OH）=v（H2）/3=0.025mol/（L·min）；

20min時，轉化的CO2為2mol－1mol=1mol，則生成的CH3OH為1mol，而30min時CH3OH為1mol，故20min時到達平衡，

CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

開始（mol·L－1）：2 6 0 0

轉化（mol·L－1）：1 3 1 1

平衡（mol·L－1）：1 3 1 1

故平衡常數K== =4/27；

平衡時氫氣為6mol－1mol×3=3mol，氫氣平衡濃度為3mol/2L=1.5mol·L－1，在其他條件不變的情況下，若30min時只改變溫度T2℃，此時H2的物質的量為3.2mol，平衡逆向移動，氫氣濃度增大，由于正反應為放熱反應，可以升高溫度，即T1＜T2；對反應Ⅰ，若30min時只向容器中再充入1molCO2（g）和1molH2O（g），此時濃度商Qc==4/27=K，則平衡不移動。