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．脱硝：已知：H2的燃烧热为285.8 kJmol﹣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生成水蒸气和其它无毒物质的热化学方程式为______________。

Ⅱ．脱碳：向2L密闭容器中加入2mol CO2、6mol H2，在适当的催化剂作用下，发生反应：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l）

（1）①已知该反应能自发进行，则△H____0（填“大于”、“小于”或“等于”）

②如图，t2时CO2的转化率=_____________

（2）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下表：

	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）=______，在其它条件不变下，若30min时只改变温度为T2℃，此时H2的物质的量为3.2mol，则T1______T2（填“＞”、“＜”或“=”）．若30min时只向容器中再充入1mol CO2（g）和1mol H2O（g），则平衡______移动（填“正向”、“逆向”或“不”）．

Answer 1

【答案】 4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=-1100.2kJmol-1 小于 50% ＜ ＜ 0.025mol∕（L·min） ＜ 不

【解析】Ⅰ． 已知：H2的燃烧热为285.8 kJmol﹣1，①H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.8 kJmol﹣1

②N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+133kJmol-1

③H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJmol-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=-1100.2kJmol-1；

Ⅱ．（1）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，故△H小于0；②t2时CO2的转化率=×100%=50%；（2）①因为生成甲醇的反应是放热反应，而反应II是从逆反应开始的，所以反应吸热，所以绝热容器的温度要低于恒温容器，即反应I温度高于反应II，温度升高，放热反应的平衡常数减小，则K(I)<K(II)；二者都是恒容条件，若是恒温恒容，二者达到的平衡是等效平衡，甲醇的浓度相同，而反应I温度高于反应II，所以反应II需再降低温度，而温度降低，平衡正向移动，则甲醇的浓度增大，平衡时CH3OH的浓度c(I)<c(II)；②对反应I，前10min内氢气的物质的量减少（6-4.5）mol=1.5mol，则甲醇的物质的量增加0.5mol，所以前10min内平均反应速率v(CH3OH)＝=0.025molL-1min-1；

30min时是平衡状态，生成甲醇1mol，则消耗氢气3mol，平衡氢气的物质的量是3mol，而改变温度后氢气的物质的量变为3.2mol，物质的量增大，说明平衡逆向移动，因为该反应是放热反应，所以升高温度，平衡逆向移动，则T1<T2；

完成表中数据如下：

	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	1.5	4.5	0.5	0.5
	20min	1	3	1	1
	30min	1	3	1	1
反应II 绝热恒容	0min	0	0	2	2

若30min时只向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，根据表中数据计算该温度下的平衡常数为K==，此时Qc===K，所以平衡不移动。