题目内容
【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。
Ⅰ．脱碳：
向2L密闭容器中加入2mol CO2、8mol H2，在适当的催化剂作用下，发生反应：CO2(g)+4H2(g) 
CH4(g)+2H2O(g)
（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_______________。
a、混合气体的平均相对分子质量保持不变
b、CO2和H2的体积分数比为1﹕4
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4mol H-H键断裂
Ⅱ．脱硝：
（3）催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和其它无毒物质的化学方程式为__________。
（4）温度为T1时，在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g) 
2NO(g)+O2(g)相关数据如下表所示。下列说法错误的是__________。
容器 编号 | 物质的起始浓度 (mol·L-1) | 物质的平衡浓度 (mol·L-1) | ||
c(NO2) | c(NO) | c(O2) | c(O2) | |
甲 | 0.6 | 0 | 0 | 0.2 |
乙 | 0.3 | 0.5 | 0.2 | |
丙 | 0 | 0.5 | 0.35 | |
A．容器甲中发生反应的平衡常数为0.8
B．容器乙中起始时反应正向进行
C．达到平衡时，容器丙中c(O2)/c(NO2)>1
D．达到平衡时，容器甲与容器丙中的总压强之比为16∶17
【答案】低温 a、e 4H2+2NO2
N2+4H2O D
【解析】
（1）自发进行的判断根据是△H-T△S＜0，结合反应特征分析判断需要的条件；
（2）反应到达平衡时，正逆反应速率相等，各组分的浓度、含量不变，由此衍生的其它一些物理量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化，说明到达平衡．
（3）催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和其它无毒物质，元素守恒可知无毒物质为N2，即可得到反应方程式；
（4）A.平衡常数为，平衡时刻生成物浓度幂之积比上反应物浓度幂之积；B.判断反应向哪个方向进行，要计算Qc，若Qc=K，则为平衡状态，若Qc<K，反应正向进行，反之反应逆向进行；C.根据三段式，求出c(O2)和c(NO2)，在进行做比；D.由阿伏加德罗定律可知，压强之比等于物质的量之比，计算出物质的量，即可得到压强的关系；
（1）CO2(g)+4H2(g) 
CH4(g)+2H2O(g)，熵变△S＜0，低温下满足△H-T△S＜0，故该反应自发进行的条件是低温
（2）向2L密闭容器中加入2mol CO2、8mol H2，发生反应：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)
a.建立平衡过程中，混合气体的平均相对分子质量变大，当达到平衡时，混合气体的平均相对分子质量不变，某一时刻，混合气体的平均相对分子质量保持不变，则达到了平衡状态,故a正确；b.CO2和H2的体积分数比恒为1﹕4，无法判断是否达到平衡状态，故b错误；c.向2L密闭容器中加入2mol CO2、8mol H2，发生反应：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)，CO2和H2按照1：4反应，CO2和H2的转化率始终相等，不能确定反应是否达到平衡状态，c错误；d.混合气体的密度ρ=m/v，由质量守恒可知，m不变，2L密闭容器，v不变，故ρ始终不变，不能确定反应是否达到平衡状态，d错误；e.有4mol H-H键断裂时，消耗4molH2，生成1mol CO2等同于生成4molH2，消耗4molH2的同时，又生成消耗4molH2，反应达到了平衡状态，故e正确。综上，本题选a、e。
（3）催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和其它无毒物质，元素守恒可知无毒物质为N2，反应的化学方程式为4H2+2NO2N2+4H2O
（4）甲容器中2NO2(g) 
2NO(g) + O2(g)
C0 0.6mol·L-1 0mol·L-1 0mol·L-1
ΔC 0.4mol·L-1 0.4mol·L-1 0.2mol·L-1
C平 0.2mol·L-1 0.4mol·L-1 0.2mol·L-1
A.根据题干可列出容器甲中的三段式，K=c2(NO)×c(O2)/c2(NO2)=0.8，故A项正确；B.乙容器中Qc=c2(NO)×c(O2)/c2(NO2)=0.56<0.8，故此时反应正向进行，B项正确；C.设达到平衡时，消耗O2的浓度是xmol/L。
丙容器中2NO2(g) 2NO(g) + O2(g)
C0 0mol·L-1 0.5mol·L-1 0.35mol·L-1
ΔC 2x mol·L-1 2x mol·L-1 x mol·L-1
C平 2x mol·L-1 (0.5-2x) mol·L-1 (0.35-x) mol·L-1
K=c2(NO)×c(O2)/c2(NO2)=(0.5-2x)2(0.35-x)/(2x)2=0.8，解得x=0.09mol，故O2=0.26mol ，NO2=0.18mol，c(O2)/c(NO2)=0.26/0.18>1，故C正确；D.由三段式可知，平衡时，甲容器中气体的总物质的量n总=(c(NO2)+c(NO)+c(O2)）×V=0.8mol，丙容器中气体的总物质的量n
【题目】“绿水青山就是金山银山”，因此研究NOx、SO2等大气污染物的妥善处理具有重要意义。
(1)SO2的排放主要来自于煤的燃烧，工业上常用氨水吸收法处理尾气中的SO2。已知吸收过程中相关反应的热化学方程式如下：
①SO2(g)+NH3·H2O(aq)==NH4HSO3(aq) △H1=akJ·mol－1；
②NH3·H2O(aq)+NH4HSO3(aq)==(NH4)2SO3(ag)+H2O(l) △H2=bkJ·mol－1；
③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)==2(NH4)2SO4(aq) △H3=ckJ·mol－1。
则反应2SO2(g)+4NH3·H2O(aq)+O2(g)==2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(1)的△H=___________kJ·mol－1。
(2)燃煤发电厂常利用反应2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)===2CaSO4(s)+2CO2(g)
△H=－681.8kJ·mol－1对煤进行脱硫处理来减少SO2的排放。对于该反应，在T℃时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：
0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | |
O2 | 1.00 | 0.79 | 0.60 | 0.60 | 0.64 | 0.64 |
CO2 | 0 | 0.42 | 0.80 | 0.80 | 0.88 | 0.88 |
①0~10min内，平均反应速率v(O2)___________mol·L－1·min－1；当升高温度，该反应的平衡常数K___________(填“增大”“减小”或“不变”)。
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡。根据上表中的数据判断，改变的条件可能是___________(填字母)。
A加入一定量的粉状碳酸钙 B通入一定量的O2
C适当缩小容器的体积 D加入合适的催化剂
(3) NOx的排放主要来自于汽车尾气，人利用反应
C(s)+2NO(g)
N2(g)+CO2(g) △H=－34.0kJ·mol－1，用活性炭对NO进行吸附。已知在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO气体，保持恒压测得NO的转化率随温度的变化如图所示：
由图可知，1050K前反应中NO的转化率随温度升髙而增大，其原因为____________________；在1100K时，CO2的体积分数为___________。
(4)用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)。在1050K、1.1×106Pa时，该反应的化学平衡常数Kp=___________[已知：气体分压(P分)=气体总压(Pa)×体积分数]。
(5)为避免汽车尾气中的有害气体对大气的污染，需给汽车安装尾气净化装置。在净化装置中CO和NO发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H=－746.8k·mol－1，生成无毒的N2和CO2。实验测得，v正=k正·c2(NO)·c2(CO)，v逆=k逆·c(N2) ·c2(CO2)(k正、k逆为速率常数，只与温度有关)。
①达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数___________(填“>”“<”或“=”)k逆增大的倍数。
②若在1L的密闭容器中充入1 molCO和1 molNO，在一定温度下达到平衡时，CO的转化率为40%，则
=___________。