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．
（1）Ⅰ．脱硝： 已知：H2的燃烧热为285.8kJmol﹣1
N2（g）+2O2（g）═2NO2（g）△H=+133kJmol﹣1
H2O（g）═H2O（l）△H=﹣44kJmol﹣1
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： ．
（2）Ⅱ．脱碳： 向2L密闭容器中加入2molCO2和6molH2 ， 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.1molCO2生成的同时有3mol H﹣H键断裂
③CO2的浓度随时间（0～t2）变化如图1所示，在t2时将容器容积缩小一倍，t3时达到平衡，t4时降低温度，t5时达到平衡，请画出t2～t6CO2浓度随时间的变化．

（3）改变温度，使反应CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H＜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30min时只改变温度T2℃，此时H2的物质的量为3.2mol，则T1T2（填“＞”、“＜”或“=”）．若30min时只向容器中再充入1molCO2（g）和1molH2O（g），则平衡移动（填“正向”“逆向”或“不”）．
（4）利用人工光合作用可将CO2转化为甲酸，反应原理为2CO2+2H2O═2HCOOH+O2 ， 装置如图所示： ①电极2的电极反应式是；
②在标准状况下，当电极2室有11.2L CO2反应． 理论上电极1室液体质量（填“增加”或“减少”g．

Answer 1

【答案】
（1）4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=﹣1100.2kJ?mol﹣1
（2）低温； de
（3）＜；＜；0.025mol/（L?min）；＜；不
（4）CO2+2H++2e﹣=HCOOH；减少；9
【解析】解：（1）Ⅰ．H2的燃烧热为285.8kJmol﹣1，则①． 2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=﹣571.6kJmol﹣1，②．N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+133kJmol﹣1③．H2O（g）=H2O（l）△H=﹣44kJmol﹣1

根据盖斯定律，①×2﹣②﹣③×4可得：4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g），

则：△H=2×（﹣571.6kJmol﹣1）﹣133kJmol﹣1﹣4×（﹣44kJmol﹣1）=﹣1100.2kJmol﹣1，

故反应热化学方程式为：4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=﹣1100.2kJmol﹣1，

所以答案是：4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=﹣1100.2kJmol﹣1；

Ⅱ．（2）①CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l），熵变△S＜0，则反应焓变△H＜0，低温下满足△H﹣T△S＜0

所以答案是：低温；②a．甲醇、水为液体，CO2、H2的起始物质的量之比为1：3，反应按物质的量1：3反应，故混合气体中CO2、H2的起始物质的量之比为1：3，平均摩尔质量数值或平均相对分子质量始终保持不变，无法判断是平衡状态，故a错误；

b．由a中分析，可知CO2和H2的体积分数数值始终保持不变，无法判断是平衡状态，故b错误；

c．由a中分析，可知CO2和H2的转化率始终相等，无法判断是平衡状态，故c错误；

d．容器容积不变，混合气体质量减小，随反应进行混合气体密度减小，当混合气体的密度不变，反应到达平衡，故d正确；

e.1molCO2生成的同时有3molH﹣H键断裂，而1molCO2生成的同时生成3molH﹣H键，氢气的生成速率与消耗速率相等，反应到达平衡，故e正确，

故选：de；③t2时CO2浓度为0.5mol/L，则氢气浓度变化量为（1mol/L﹣0.5mol/L）×3=1.5mol/L，氢气平衡浓度为 ﹣1.5mol/L=1.5mol/L，则该温度下平衡常数K= ，

在t2时将容器容积缩小一倍，瞬间CO2浓度变为1mol/L，压强增大，平衡向正反应方向移动，t3时达到平衡时，等效为开始体积缩小一倍到达的平衡，设此时CO2浓度为xmol/L，则：

	CO2（g）+	3H2（g）CH3OH（l）+H2O（l）
起始（mol/L）	2	3
转化（mol/L）	2﹣x	6﹣3x
平衡（mol/L）	x	3x

则 = ，解得x=0.5，

t3时达到平衡时CO2浓度为0.5mol/L，t4时降低温度，瞬间CO2浓度不变，正反应为放热反应，而后平衡向正反应移动，CO2浓度减小，画出t2～t6CO2的浓度随时间的变化如图：

所以答案是： ；（3）①I为恒温，Ⅱ为绝热容器，反应向逆反应进行，逆反应为吸热反应，平衡时温度比I中低，升高温度平衡向逆反应方向移动，降温时平衡正向移动，则平衡常数K（Ⅰ）＜K（Ⅱ），平衡时CH3OH的浓度c（I）＜c（Ⅱ），

所以答案是：＜；＜；②v（H2）= =0.075mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，v（CH3OH）= v（H2）=0.025mol/（Lmin）；

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）
起始（mol/L）	2	6	0	0
转化（mol/L）	1	3	1 1
平衡（mol/L）	1	3	1	1

故平衡常数K= = = ；

平衡时氢气为6mol﹣1mol×3=3mol，氢气平衡浓度为 =1.5mol/L，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= = =K= ，则平衡不移动；

所以答案是：0.025mol/（Lmin）；＜；不；（4）①2是正极，正极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成HCOOH，电极反应式为CO2+2H++2e﹣=HCOOH，所以答案是：CO2+2H++2e﹣=HCOOH；②电极1式为负极，发生的电极反应式为2H2O﹣4e﹣=4H++O2↑，理论上随着当电极2室有11.2L CO2反应，二氧化碳的物质的量为 =0.5mol，转移电子为0.5mol×2=1mol，电极1室参加反应的水的质量为18g/mol× =9g，

即电极1室理论减小液体质量为9g，

所以答案是：减小；9．