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、SO2等氣體，嚴(yán)重污染空氣。對(duì) 廢氣進(jìn)行脫硝、脫碳和脫硫處理可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用。

Ⅰ脫硝：

己知：H2的燃燒熱為285.8kJ·mol-1

N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+l33kJ·mol-1

H2O(g)=H2O(l) △H=-44kJ·mol-1

在催化劑存在下，H2還原NO2可生成水蒸氣和其它無毒物質(zhì)的熱化學(xué)方程式為：____________。

Ⅱ.脫碳：在2L的密閉容器中充入2mo1 CO2和6mol H2，在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔孟掳l(fā)生反應(yīng)：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) △H<0

①該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是___________(填“”低溫或“任意溫度”)

②下列敘述能說明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填字母)

a.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

b. CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)保持不變

c.CO2和H2的轉(zhuǎn)化率相等

d. 混合氣體的密度保持不變

e. 1mol CO2生成的同時(shí)有3 mul H―H鍵斷裂

③CO2的濃度隨時(shí)間(0～t2)變化如下圖所示，在t2時(shí)將容器容積縮小一倍，t3時(shí)達(dá)到平衡，請(qǐng)畫出t2～t4CO2濃度隨時(shí)間的變化。______

(2)改變溫度，使反應(yīng)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H<0中的所有物質(zhì)都為氣態(tài)。起始溫度、體積相同（T1℃、2L密閉容器）。反應(yīng)過程中部分?jǐn)?shù)據(jù)見下表：

	反應(yīng)時(shí)間	CO2(mol)	H2(mol)	CH3OH(mol)	H2O(mol)
反應(yīng)I：恒溫恒容	0min	2	6	0	0
	l0min		4.5
	20min	1
	30min			1
反應(yīng)Ⅱ：絕熱恒容	0min	0	0	2	2

① 達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)I、Ⅱ?qū)Ρ龋浩胶獬��?shù)K(I)_____K(Ⅱ)(填“>”“<”或“=”下同）；平衡時(shí)CH3OH的濃度 c(I)______c(Ⅱ)。

②對(duì)反應(yīng)I，前10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)=_________。在其他條件不變的情況下，若30min時(shí)只改變溫度T2℃，此時(shí)H2的物質(zhì)的量為3.2mol，則T1________T2(填“>”“<”或“=”）。

Answer 1

【答案】 4H2(g)+2NO2(g)= N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ·mol-1 低溫 d e < < 0.025 mol·L-1·min-1 <

【解析】Ⅰ、①H2的燃燒熱為285.8kJ·mol-1，H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H=-285.8KJ/mol

②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+l33kJ·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(zhì)的熱化學(xué)方程式為4H2(g)+2NO2(g)= N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ·mol-1；

Ⅱ.Ⅱ．（1）①CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l），熵變△S＜0，則反應(yīng)焓變△H＜0，低溫下滿足△H-T△S＜0，故答案為：低溫；

②CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l），a、混合氣體的平均式量始終保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；b、向2L密閉容器中加入2molCO2、6molH2，按照1：3反應(yīng)，所以過程中CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)始終保持不變，故b錯(cuò)誤；c、向2L密閉容器中加入2molCO2、6molH2，按照1：3反應(yīng)，CO2和H2的轉(zhuǎn)化率始終相等，不能確定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；d、反應(yīng)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(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；e、1molCO2生成的同時(shí)有3molH-H鍵斷裂，說明正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故e正確；故選de；

③在t2時(shí)將容器容積縮小一倍，壓強(qiáng)增大，二氧化碳濃度增大，平衡正向進(jìn)行，隨后減小，t3時(shí)達(dá)到平衡，t4時(shí)降低溫度，平衡正向進(jìn)行，二氧化碳減小，反應(yīng)速率減小，t5時(shí)達(dá)到平衡；圖象t2起點(diǎn)二氧化碳濃度突然增大為1mol/L，隨反應(yīng)進(jìn)行減小，圖中t3到t4終點(diǎn)平衡線在0.5的線上，t4t4以后在0.5線以下，但不能到橫坐標(biāo)線上且有平衡線段，圖象為：，故t2～t4CO2濃度隨時(shí)間的變化。

（2）①CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H＜0，反應(yīng)Ⅰ是恒溫恒容容器，Ⅱ?yàn)楹闳萁^熱，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，圖表中反應(yīng)ⅠⅡ若恒溫恒容達(dá)到相同平衡狀態(tài)，Ⅱ?yàn)槟嫦蚝闳萁^熱，溫度降低，平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)增大，甲醇濃度增大；故答案為：＜，＜；

②CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）

起始量（mol） 2 6 0 0

變化量（mol） 131 1

30min量（mol）1 3 1 1

對(duì)反應(yīng)I，前10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（CH3OH）=1/3V（H2）=1/3×（6-4.5）mol2L10min=0.025molL-1min-1；

若30min時(shí)只改變溫度為T2℃，此時(shí)H2的物質(zhì)的量為3.2mol，氫氣增加，說明平衡逆向進(jìn)行，溫度升高T2＞T1，若30min時(shí)只向容器中再充入1molCO2（g）和1molH2O（g），對(duì)正逆反應(yīng)的影響程度相同，平衡不變；故答案為：0.025molL-1min-1 ，＜，不。