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、CO、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 kJ/mol

N2(g) + 2O2(g)= 2NO2(g) △H= +133 kJ/mol

H2O(g) =H2O(l) 　　　 △H= -44 kJ/mol

（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_____________。

Ⅱ．脱碳：

（2）向2L恒容密闭容器中加入2 mol CO2、6 mol H2，在适当的催化剂作用下，发生反应 CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(l) + H2O(l)。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．1 mol CO2生成的同时有3 mol H—H键断裂

（3）在T1℃时，体积为2L的恒容容器中充入物质的量之和为3mol的H2和CO，发生反应CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)反应达到平衡时CH3OH的体积分数（V%）与n(H2)/n(CO)的关系如图所示。

①当起始n(H2)/n(CO)=2，经过5min达到平衡，CO的转化率为0.4，则0～5min内平均反应速率V(H2)=___________。若此时再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，达新平衡时H2的转化率将__________（选填“增大”、“减小”或“不变”）；

②当起始n(H2)/n(CO)=3．5时，达到平衡状态后，CH3OH的体积分数可能是图象中的_________点（选填“D”、“E”或“F”）

Ⅲ．脱硫：

（4）如图电解装置可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH4+和SO42－。物质A的化学式为_______，阴极的电极反应式是_______________________。

Answer 1

【答案】4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g) △H= -1100.2kJ/mol DE 0.08mol/（L．min） 减小 F H2SO4 NO+6H++5e－=NH4++H2O

【解析】

Ⅰ．（1）写出氢气燃烧热表示的热化学方程式，依次编号，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；

（2）可逆反应到达平衡时，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）①由CO与氢气总物质的量、与n(H2)/n(CO)=2可以计算CO与氢气各物质的量，利用三段式计算平衡时各组分物质的量、各组分物质的量变化量，根据v=△c/△t计算v（H2）；先计算该温度下平衡常数K，再计算浓度商Qc，与平衡常数K相比判断反应进行分析，可以确定氢气转化率变化；

②混合比例等于化学计量数之比时，平衡时生成物的含量最大；

Ⅲ．电解装罝可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH4＋和SO42－，则电解方程式为5SO2+2NO+8H2O（NH4）2SO4+4H2SO4，根据电解方程式结合电解原理分析。

Ⅰ．（1）已知：燃烧热为285.8kJ·mol－1，

①H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJ·mol－1

②N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+133kJ·mol－1

③H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJ·mol－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=-1100.2kJ·mol－1；

（2）CO2（g）+3H2（g）CH3OH（l）+H2O（l），

A、向2L密闭容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1：3反应，生成物全呈液态，混合气体的平均式量始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；

B、向2L密闭容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1：3反应，所以过程中CO2和H2的体积分数始终保持不变，故B错误；

C、向2L密闭容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1：3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，故C错误；

D、反应物是气体，生成物是液体，混合气体的密度保持不变，说明反应达到平衡状态，故D正确；

E、1mol CO2生成的同时有3mol H-H键断裂，说明正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，故E正确；

故答案为：DE；

（3）①H2和CO总共为3mol，且起始n(H2)/n(CO)=2，可知H2为2mol、CO为1mol，5min达到平衡时CO的转化率为0.4，则：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始（mol）：1 2 0

变化（mol）：0.4 0.8 0.4

平衡（mol）：0.6 1.2 0.4

容器的容积为2L，则v（H2）=0.8mol/（2L×5min）=0.08mol/（L·min），

该温度下平衡常数K= ，此时再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，此时浓度商Qc= ，反应向逆向反应进行，达新平衡时H2的转化率将减小；

②混合比例等于化学计量数之比时，平衡时生成物的含量最大，故当n(H2)/n(CO)=3.5时，达到平衡状态后，CH3 OH的体积分数小于C点，故选F。

（4）电解装罝可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH4＋和SO42－，则电解方程式为5SO2+2NO+8H2O（NH4）2SO4+4H2SO4，由电解方程式可知，物质A为硫酸，其化学式为H2SO4；电解时，阳极上二氧化硫失电子生成硫酸根离子，则阳极的电极反应式是SO2+2H2O-2 e－═SO42－+4H＋，阴极电极反应为：NO+6H＋+5e－=NH4＋+H2O。