Question

【题目】工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量NOx、CO、CO2等气体，严重污染空气，对废气进行脱硝，脱碳等处理可实现绿色环保、废物利用。

Ⅰ、脱硝：

已知：

①H2的燃烧热ΔH=-285.8kJ/mol

②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+133kJ/mol

③H2O(g)=H2O(l) ΔH=-44kJ/mol

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

工业上可用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：

化学反应	平衡常数	500℃	800℃
①2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)	K1	2.5	0.15
②H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)	K2	1.0	2.50
③3H2(g)＋CO2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)	K3

（1）某温度下在容积为2L的密闭容器中进行反应①，其相关数据如图；反应开始至平衡

①用H2表示化学反应速率为________。

②5min时改变的反应条件可能是____________。

A. 缩小容器体积

B. 使用催化剂

C. 降低温度

D.充入氮气

（2）若向2L密闭容器中加入1molCO2、3molH2，发生上述反应③。

①下列情况能说明反应已达平衡状态的是________（填字母）。

A.容器内气体密度不变 B.容器内气体总压强保持不变

C.绝热恒容时，平衡常数不变 D.v正(CH3OH)=3v逆(H2)

②据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝_______（用K1、K2表示），该反应的△H_____0（填“>”或“=”或“<”）。

③500℃时测得反应③在某时刻起始加入0.5molCO2、1molH2、0.5molCH3OH(g)、1molH2O(g) 则此反应速率的关系：v正__________v逆。（填“>”、 “=” 或“<”）

④相同条件下，在容积都为2L且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后反应达到平衡。

容器	甲	乙
反应物投入量	1mol CO2、3molH2	amol CO2、3amolH2 bmolCH3OH(g)、bmolH2O(g)

若甲中平衡后气体的压强为开始的0.6倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆向反应方向进行，则b的取值范围为_________（a、b均不为0）。

Answer 1

【答案】 4H2(g ) + 2NO2( g)=N2(g ) + 4H2O(g) ΔH=- 1100.2kJ/mol 0.06 mol ·L-1·min-1 A B BC K1·K2 < < 0.8

【解析】Ⅰ、已知：H2的燃烧热为ΔH=-285.8kJ/mol，则 H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8kJ/mol；②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+133kJ/mol；③H2O(g)=H2O(l) ΔH3=-44kJ/mol；根据盖斯定律由①×4-②-③×4可得4H2(g)+2NO2(g) =4H2O(g)+N2(g)，ΔH=(-285.8kJ/mol)×4-(+133kJ/mol)-(-44kJ/mol)×4=－1100.2kJ/mol，所以反应的热化学方程式为 4H2(g ) + 2NO2( g)=N2(g ) + 4H2O(g) ΔH=－1100.2kJ/mol；

Ⅱ、（1）①反应开始至平衡时需要时间为10min，H2的变化物质的量为2.0mol-0.8mol=1.2mol，则用H2表示化学反应速率为=0 .06 mol ( L·min ) ；②5min时曲线的斜率变大，这说明反应速率加快，因此改变的反应条件可能是缩小容器体积或使用催化剂，降低温度反应速率减小，充入氮气反应速率不变，答案选AB；（2）①A. 混合气体的体积和质量始终不变，密度保持不变，不能说明是平衡状态，A错误；B.正反应体积减小，则容器内气体总压强保持不变说明是平衡状态，B正确；C.绝热恒容时，平衡常数不变，说明温度不变，反应达到平衡状态，C正确；D.v正(CH3OH)=3v逆(H2)不能满足正逆反应速率相等，反应没有达到平衡状态，D错误，答案选BC；②根据盖斯定律可知①+②即得到反应③，所以K3＝K1·K2，根据表中数据可知升高温度K3减小，说明平衡向逆反应方向减小，则该反应的△H＜0。③500℃时测得反应③在某时刻起始加入0.5molCO2、1molH2、0.5molCH3OH(g)、1molH2O(g) 则此时浓度熵为大于2.5，所以反应向逆反应方向减小，因此v正＜v逆。④设平衡时二氧化碳转化了x mol，则

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

开始(mol)：1 3 0 0

变化(mol)：x 3x x x

平衡(mol)：1-x 3-3x x x

则由题意可知： =0.6，解得x=0.8，根据恒温恒容条件下的等效平衡甲和乙为完全等效，即a+b=1，要使反应始终向逆向进行，则b＞x，故b的范围为0.8