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的热值为142.9 kJ/g(热值是表示单位质量燃料完全燃烧时所放出的热量)；

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

H2O(g)==H2O(l) △H=- 44 kJ/mol

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__________________。

Ⅱ.脱碳：向2L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)。

(1)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

(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	0 min	2	6	0	0
	10 min		4.5
	20 min	1
	30 min			1
反应II绝热恒容	0 min	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10 min内的平均反应速率v(CH3OH) =________，在其他条件不变下，若30 min时只改变温度为T2℃，此时H2的物质的量为3.2 mol，则T1_____T2(填填“>”“<”或“=”)。若30 min时只向容器中再充入1 mol 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=-1100.2kJ/mol 低溫 de < < 0.025mol/L·min < 不

【解析】

Ⅰ、依据热化学方程式和盖斯定律计算所得热化学方程式；

Ⅱ、(1)①自发进行的判断依据是△H-T△S＜0，结合反应特征分析判断需要的条件；

②平衡标志是正逆反应速率相同，个组分含量保持不变，原则是变量不变分析选项；

(2)①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H＜0，反应Ⅰ是恒温恒容容器，Ⅱ为恒容绝热，反应是放热反应，图表中反应ⅠⅡ若恒温恒容达到相同平衡状态，Ⅱ为逆向恒容绝热，温度降低，平衡正向进行，平衡常数增大，甲醇浓度增大；

②反应速率V=计算得到氢气反应速率，速率之比等于化学方程式计量数之比计算甲醇反应速率；依据平衡三段式列式计算分析平衡状态的物质的量。

Ⅰ．H2的热值为142.9kJg-1 ，则燃烧热为285.8kJ/mol，因此①H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol，②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=+133 kJ/mol，③H2O(g)=H2O(l)△H=-44 kJ/mol，根据盖斯定律，将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=-1100.2 kJ/mol，故答案为：4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g)△H=-1100.2 kJ/mol；

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，故答案为：低温；

②CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(l)+H2O(l)。a、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；

(2)①CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H＜0，反应Ⅰ是恒温恒容容器，Ⅱ为恒容绝热，反应是放热反应，图表中反应ⅠⅡ若恒温恒容达到相同平衡状态，Ⅱ为逆向恒容绝热，温度降低，平衡正向进行，平衡常数增大，甲醇浓度增大，故答案为：＜；＜；

② CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

起始量(mol) 2 6 0 0

变化量(mol) 1 3 1 1

30min量(mol) 1 3 1 1

对反应I，前10min内的平均反应速率v(CH3OH)=v(H2)=×=0.025molL-1min-1；若30min时只改变温度为T2℃，此时H2的物质的量为3.2mol，氢气增加，说明平衡逆向进行，温度升高T2＞T1，若30min时只向容器中再充入1mol CO2(g)和1mol H2O(g)，对正逆反应的影响程度相同，平衡不变，故答案为：0.025molL-1min-1 ；＜；不。