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的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为_____________。

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

③CO2的浓度随时间(0～t2)的变化如图所示，在t2时将容器容积缩小一倍，t3时达到平衡，t4时降低温度，t5时达到平衡，请画出t2～t6的浓度随时间的变化。

（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】I．4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g)△H=-1100.2kJ/mol(2分）

II．（1）①低溫：（1分）②de；(2分）

③（2分）

（2）①<；(1分）<；(1分)②0.025mol/L·min1)；(2分）<；(1分）不（2分）；

【解析】

试题分析：I．（1）根据氢气的热值可书写氢气的热化学方程式是2H2(g)+O2(g)＝2H2O(l)△H＝－142.9×4kJ·mol－1＝－571.6kJ·mol－1，根据盖斯定律，将已知热化学方程式中的氧气与液态水消去得到H2还原NO2生成水蒸气和氮气的热化学方程式：4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g) △H＝－1100.2kJ·mol－1；

Ⅱ．（1）①该反应的ΔS＜0，所以若反应自发进行，则ΔH＜0，因此反应在低温条件下自发进行；

②a．该体系中的气体只有二氧化碳和氢气，且二者的起始物质的量之比等于化学方程式中的化学计量数之比，所以是混合气体的平均式量始终保持不变，不能判断为平衡状态，a错误；b．CO2与H2始终是1:3的关系，所以CO2和H2的体积分数保持不变的状态不是平衡状态，b错误；c．CO2与H2的起始物质的量之比等于化学方程式中的化学计量数之比，所以二者的转化率一定相等，与是否达到平衡状态无关，c错误；d．因为该体系中有液体参加，所以气体的质量在逐渐减少，则气体的密度减小，达到平衡时，保持不变，d正确；e．1molCO2生成的同时有3molH－H键断裂，符合正逆反应速率相等，是平衡状态，e正确，答案选de；

③在t2时将容器容积缩小到原来的二分之一，CO2浓度瞬间增大到1mol·L－1，则压强增大，平衡正向移动，t3时达到平衡，达到的平衡与原平衡相同，浓度仍是0.5mol·L－1；该反应是放热反应，t4时降低温度，则平衡正向移动，t5时达到平衡，则二氧化碳的浓度将小于0.5mol·L－1，对应的图像见答案。

（2）①因为生成甲醇的反应是放热反应，而反应Ⅱ是从逆反应方向开始的，所以反应吸热，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，若是恒温容器，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需要再降低温度，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对于反应Ⅰ，前10min内氢气的物质的量减少6mol－4.5mol=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)==0.025mol·L－1·min－1；30min时是平衡状态，生成甲醇1mol，则消耗氢气3mol，平衡时氢气的物质的量为3mol，而改变温度后氢气的物质的量变为3.2mol，物质的理增大，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；若30min时只向容器中再充入1molCO2(g)和1molH2O(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。