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。

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

Answer 1

【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总=0.76mol，由阿伏加德罗定律可知，压强之比等于物质的量之比，故P甲:P丙=0.8:0.76=40:37，故D项错误。综上，本题选D。