Question

【題目】工業(yè)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(huán)保、廢物利用。

Ⅰ．脫硝：已知：H2的燃燒熱為285.8 kJ/mol

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

H2O(g) =H2O(l) 　　　 △H= -44 kJ/mol

（1）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：

（2）向2L恒容密閉容器中加入2 mol CO2、6 mol H2，在適當的催化劑作用下，發(fā)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(tài)的是__________。

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 H—H鍵斷裂

（3）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(fā)生反應CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)反應達到平衡時CH3OH的體積分數（V%）與n(H2)/n(CO)的關系如圖所示。

①當起始n(H2)/n(CO)=2，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)=___________。若此時再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，達新平衡時H2的轉化率將__________（選填“增大”、“減小”或“不變”）；

②當起始n(H2)/n(CO)=3．5時，達到平衡狀態(tài)后，CH3OH的體積分數可能是圖象中的_________點（選填“D”、“E”或“F”）

Ⅲ．脫硫：

（4）如圖電解裝置可將霧霾中的NO、SO2分別轉化為NH4+和SO42－。物質A的化學式為_______，陰極的電極反應式是_______________________。

Answer 1

【答案】4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g) △H= -1100.2kJ/mol DE 0.08mol/（L．min） 減小 F H2SO4 NO+6H++5e－=NH4++H2O

【解析】

Ⅰ．（1）寫出氫氣燃燒熱表示的熱化學方程式，依次編號，①×4-②-③×4得到催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無毒物質的熱化學方程式；

（2）可逆反應到達平衡時，正逆反應速率相等，各組分的濃度、含量不變，由此衍生的其它一些物理量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化，說明到達平衡；

（3）①由CO與氫氣總物質的量、與n(H2)/n(CO)=2可以計算CO與氫氣各物質的量，利用三段式計算平衡時各組分物質的量、各組分物質的量變化量，根據v=△c/△t計算v（H2）；先計算該溫度下平衡常數K，再計算濃度商Qc，與平衡常數K相比判斷反應進行分析，可以確定氫氣轉化率變化；

②混合比例等于化學計量數之比時，平衡時生成物的含量最大；

Ⅲ．電解裝罝可將霧霾中的NO、SO2分別轉化為NH4＋和SO42－，則電解方程式為5SO2+2NO+8H2O（NH4）2SO4+4H2SO4，根據電解方程式結合電解原理分析。

Ⅰ．（1）已知：燃燒熱為285.8kJ·mol－1，

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

①×4-②-③×4得到催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無毒物質的熱化學方程式為4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=-1100.2kJ·mol－1；

（2）CO2（g）+3H2（g）CH3OH（l）+H2O（l），

A、向2L密閉容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1：3反應，生成物全呈液態(tài)，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(tài)，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(tài)，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(tài)，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(tài)，故E正確；

故答案為：DE；

（3）①H2和CO總共為3mol，且起始n(H2)/n(CO)=2，可知H2為2mol、CO為1mol，5min達到平衡時CO的轉化率為0.4，則：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始（mol）：1 2 0

變化（mol）：0.4 0.8 0.4

平衡（mol）：0.6 1.2 0.4

容器的容積為2L，則v（H2）=0.8mol/（2L×5min）=0.08mol/（L·min），

該溫度下平衡常數K= ，此時再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，此時濃度商Qc= ，反應向逆向反應進行，達新平衡時H2的轉化率將減小；

②混合比例等于化學計量數之比時，平衡時生成物的含量最大，故當n(H2)/n(CO)=3.5時，達到平衡狀態(tài)后，CH3 OH的體積分數小于C點，故選F。

（4）電解裝罝可將霧霾中的NO、SO2分別轉化為NH4＋和SO42－，則電解方程式為5SO2+2NO+8H2O（NH4）2SO4+4H2SO4，由電解方程式可知，物質A為硫酸，其化學式為H2SO4；電解時，陽極上二氧化硫失電子生成硫酸根離子，則陽極的電極反應式是SO2+2H2O-2 e－═SO42－+4H＋，陰極電極反應為：NO+6H＋+5e－=NH4＋+H2O。