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、CO、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/mol

①N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H1=+133kJ/mol②H2O(g)=H2O(l) △H2=－44 kJ/mol

寫出在催化劑存在下，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恒容密閉容器中加入2molCO2、6molH2，在適當的催化劑作用下，發生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l) +H2O(l)。

下列敘述能說明此反應達到平衡狀態的是___。

A.混合氣體的平均摩爾質量保持不變 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.1molCO2生成的同時有3molH—H鍵斷裂

（2）在T1℃時，體積為2L的恒容容器中充入物質的量之和為3mol的H2和CO，發生反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝akJ·mol－1。達到平衡時CH3OH的體積分數（V%）與n(H2)/n(CO)的關系如圖1所示。

①當起始=3.5時，達到平衡狀態后，CH3OH的體積分數可能是圖象中的__點（選填“D”、“E”或“F”）。

②當起始=2時，CO的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖2所示。則該反應的ΔH__0（填“<”或“>”），圖中壓強P1、P2、P3由大到小的關系是__。T1℃時反應經過5min達到平衡，CO的轉化率為0.4，則0～5min內平均反應速率v(H2)=__。

Answer 1

【答案】4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ/mol DE F ＜ P1>P2>P3 0.08mol·L-1·min-1

【解析】

Ⅰ.根據蓋斯定律計算H2還原NO2生成水蒸氣和其他無毒物質的焓變；

Ⅱ. （1）根據平衡標志判斷；

（2）①投料比等于系數比，達到平衡時，產物的百分含量最大；

②根據圖象，隨溫度升高，CO平衡轉化率降低；CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)正反應氣體系數和減小。

Ⅰ.①N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H1=+133kJ/mol

②H2O(g)=H2O(l) △H2=－44 kJ/mol

H2的燃燒熱為285.8kJ/mol，即③H2（g）+ O2（g）=H2O（l）△H=-285.8KJ/mol；

根據蓋斯定律③×4－①－②×4得4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ/mol；

Ⅱ. （1）A.投料比等于系數比，反應過程中CO2、H2的比例不變，所以混合氣體的平均摩爾質量是恒量，混合氣體的平均摩爾質量保持不變，不一定平衡，故不選A；

B. 投料比等于系數比，反應過程中CO2、H2的比例是恒量，CO2和H2的體積分數保持不變，不一定平衡，故不選B；

C. 投料比等于系數比，CO2和H2的轉化率一定相等，所以CO2和H2的轉化率相等，不一定平衡，故不選C；

D.反應過程中有液體生成，所以氣體質量減小，氣體體積不變，密度是變量，混合氣體的密度保持不變，一定達到平衡狀態，故選D；

E.1molCO2生成的同時有3molH—H鍵斷裂，說明正逆反應速率相等，一定達到平衡狀態，故選E。

（2）①投料比等于系數比，達到平衡時，產物的百分含量最大，即=2時，達到平衡狀態后，CH3OH的體積分數最大；當起始=3.5時，達到平衡狀態后，CH3OH的體積分數低于C點，所以可能是圖象中的F點；

②根據圖象，隨溫度升高，CO平衡轉化率降低，說明升高溫度平衡逆向移動，正反應放熱，ΔH＜0；CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)正反應氣體系數和減小，壓強越大，CO平衡轉化率越高，所以P1>P2>P3。T1℃時反應經過5min達到平衡，CO的轉化率為0.4，消耗CO的物質的量為1mol×0.4=0.4mol，消耗氫氣的物質的量為0.8mol，0～5min內平均反應速率v(H2)= 0.08mol·L-1·min-1。