Question

12．工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物（NO_x）、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的热值为142.9KJ•g^-1
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+133kJ•mol^-1
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1
催化剂存在下，H₂还原NO₂生成水蒸气和其它无毒物质的热化学方程式为4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100.2kJ•mol^-1．
Ⅱ脱碳：向2L密闭容器中加入2mol CO₂、6mol H₂，在恒温恒容的条件下发生反应：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0
（1）该反应v-t图象如图甲所示；若其他条件都不变，只是在反应前加入合适的催化剂，则其v-t图象如图乙所示．现有下列叙述：

①a₁=a₂　②a₁＜a₂　③b₁=b₂　④b₁＜b₂　⑤t₁＞t₂  ⑥t₁=t₂．
则以上所述各项正确的组合为B
A．②④⑥B．②④⑤C．②③⑤D．②③⑥
（2）下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是abe．
a、混合气体的平均相对分子质量保持不变     
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、1mol CO₂生成的同时有3mol H-H键断裂
（3）该反应过程中部分数据见表：

反应时间	CO2（mol）	H2（mol）	CH3OH（mol）	H2O（mol）
0 min	2	6	0	0
10min		4.5
20min	1
30min			1

①30min时，反应到达平衡状态了吗？是（填“是”或“否”）简述理由从20min到30min时各物质的浓度没有发生改变
②前10min内的平均反应速率v（CH₃OH）=0.025mol•L^-1•min^-1，平衡时H₂的浓度c（H₂）=1.5mol•L^-1，平衡时CO₂的转化率=50%
③在其它条件不变下，若20min时往密闭容器中通入1mol氖气，此时该反应速率将不变（填“变大”、“变小”或“不变”，下同）；若20min时往密闭容器中通入1mol氢气，此时该反应速率将变大．

Answer 1

分析 Ⅰ、已知：H₂的热值为142.9KJ•g^-1，燃烧热为285.8KJ/mol，
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol
②N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+133kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算可以计算要求反应的焓变，再根据热化学方程式的书写方法得到热化学方程式即可；
Ⅱ、（1）催化剂只改变正逆化学反应的速率，缩小达到平衡的时间，但转化率不变，以此来解答即可；
（2）反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，可由此进行判断；
（3）①达到平衡状态时，各组分的浓度不随时间的变化而变化，据此回答；②根据三行式计算结合反应速率等于浓度变化量和时间变化量的比值、转化率等于变化量和初始量的比值来计算；③影响反应速率的因素：浓度减小，反应速率减慢，反之加快；影响化学平衡移动的因素：增大反应物的浓度，平衡正向移动，减小反应物浓度，反应逆向移动．

解答 解：Ⅰ． 已知：H₂的热值为142.9KJ•g^-1，燃烧热为285.8KJ/mol，
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol
②N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+133kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1
①×4-②-③×4得到催化剂存在下，H₂还原NO₂生成水蒸气和其它无毒物质的热化学方程式为4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100.2kJ•mol^-1；
故答案为：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100.2kJ•mol^-1；
Ⅱ、（1）催化剂只改变反应速率，缩小达到平衡的时间，但转化率不变，
乙图使用催化剂，反应速率加快，故a₁＜a₂，即①错误，②正确；
乙图使用催化剂，反应速率加快，故b₁＜b₂，即③错误，④正确；
时间缩短，所以t₁＞t₂，即⑤正确，⑥错误；
阴影面积为反应物浓度的变化，由于催化剂不影响平衡移动，则两图中阴影部分面积相等，故⑦正确，⑧错误；
即正确的为②④⑤⑦，
故选B；
（2）a、混合气体的平均相对分子质量等于质量和物质的量的比值，反应前后质量守恒，物质的量变化，故混合气体的平均相对分子质量变化，当混合气体的平均相对分子质量保持不变，达到了平衡，故a正确；    
b、CO₂和H₂的体积分数保持不变，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故b正确；
c、CO₂和H₂的转化率相等，不能说明正逆反应速率相等，不一定达到了平衡状态，故c错误；                  
d、混合气体的密度等于气体质量和体积的比值，反应前后质量守恒，体积不变，所以密度始终不变，当密度保持不变的状态不一定是平衡状态，故d错误；
e、1mol CO₂生成的同时有3mol H-H键断裂，能说明正逆反应速率相等，一定达到了平衡状态，故e正确，
故选abe；
（3）①根据图示知道，从20min到30min时各物质的浓度没有发生改变，所以30min时，反应到达平衡状态，
故答案为：是；从20min到30min时各物质的浓度没有发生改变；
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）起始量（mol） 
              2        6         0         0
变化量（mol）  1        3         1         1
30min量（mol） 1         3         1        1
对反应I，前10min内的平均反应速率v（CH₃OH）=$\frac{1}{3}$ v（H₂）=$\frac{1}{3}$×（6-4.5）mol2L10min=0.025mol•L^-1•min^-1；平衡时H₂的浓度c（H₂）=1.5mol•L^-1，平衡时CO₂的转化率=50%，故答案为：0.025mol•L^-1•min^-1；1.5mol•L^-1；50%；
③在其它条件不变下，若20min时往密闭容器中通入1mol氖气，此时各组分的浓度不变，所以该反应速率不变，若20min时往密闭容器中通入1mol氢气，此时氢气的浓度增大，该反应速率将变大，故答案为：不变；变大．

点评 本题考查了热化学方程式书写，平衡影响因素分析判断，平衡计算的分析应用，注意恒温恒容和恒容绝热容器的分析判断，掌握基础是关键，题目难度中等．