Question

【题目】工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2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：H2的燃烧热为285.8kJ·mol1

N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+133kJ·mol1

H2O(g)=H2O(l) ΔH=44kJ·mol1

催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为：______。

II. 脱碳：

(1)向2L密闭容器中加入2mol CO2和6mol H2，在适当的催化剂作用下，发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)

① 该反应自发进行的条件是_____(填“低温”、“高温”或“任意温度”)

② 下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是_____。(填字母)

a. 混合气体的平均式量保持不变 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 HH键断裂

(2) 改变温度，使反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＜0中的所有物质都为气态。起始温度、体积相同(T1℃、2L密闭容器)。反应过程中部分数据见表：

	反应时间	CO2(mol)	H2(mol)	CH3OH(mol)	H2O(mol)
反应I：恒温恒容	0min	2	6	0	0
	10min		4.5
	20min	1
	30min			1
反应II：绝热恒容	0min	0	0	2	2

①达到平衡时，反应I、II对比：平衡常数K(I)___K(II)(填“＞”“＜”或“=”下同)；平衡时CH3OH的浓度c(I)___c(II)。

②对反应I，前10min内的平均反应速率v(CH3OH)=_____。在其他条件不变的情况下，若30 min时只改变温度T2℃，此时H2的物质的量为3.2 mol，则T1____T2(填“＞”、“＜”或“=”)。若30 min时只向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，则平衡_____移动(填“正向”、“逆向”或“不”)。

Answer 1

【答案】4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) ΔH=1100.2kJ·mol1 低温 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，

盖斯定律计算①×4-②-③×4得到H2还原NO2生成水蒸气和其它无毒物质的热化学方程式：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，在低温条件下，△H-T△S<0；

②平衡标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，原则是变量不变分析选项；

a、混合气体的平均式量始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故a错误；

b、向2L密闭容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1：3反应，所以过程中CO2和H2的体积分数始终保持不变，故b错误；

c、向2L密闭容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1：3反应，CO2和H2的转化率始终相等，不能确定反应是否达到平衡状态，故c错误；

d、反应物是气体，生成物是液体，混合气体的密度保持不变，说明反应达到平衡状态，故d正确；

e、1mol CO2生成的同时有3mol H-H键断裂，说明正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，故e正确；

故选de；

（2）①CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H＜0，反应Ⅰ是恒温恒容容器，Ⅱ为恒容绝热，反应是放热反应，图表中反应ⅠⅡ若恒温恒容达到相同平衡状态，Ⅱ为逆向恒容绝热，温度降低，平衡正向进行，平衡常数增大，甲醇浓度增大；

②v（H2）= =0.075mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，v（CH3OH）=v（H2）/3=0.025mol/（L·min）；

20min时，转化的CO2为2mol－1mol=1mol，则生成的CH3OH为1mol，而30min时CH3OH为1mol，故20min时到达平衡，

CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

开始（mol·L－1）：2 6 0 0

转化（mol·L－1）：1 3 1 1

平衡（mol·L－1）：1 3 1 1

故平衡常数K== =4/27；

平衡时氢气为6mol－1mol×3=3mol，氢气平衡浓度为3mol/2L=1.5mol·L－1，在其他条件不变的情况下，若30min时只改变温度T2℃，此时H2的物质的量为3.2mol，平衡逆向移动，氢气浓度增大，由于正反应为放热反应，可以升高温度，即T1＜T2；对反应Ⅰ，若30min时只向容器中再充入1molCO2（g）和1molH2O（g），此时浓度商Qc==4/27=K，则平衡不移动。