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285.8kJ/mol

N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+133kJ/mol

H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJ/mol

（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：

（2）向2L密闭容器中加入2molCO2、6molH2，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.1molCO2生成的同时有3molH—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1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1中的___________点（选填“D”、“E”或“F”）

Ⅲ．脱硫：

如图2所示。

Answer 1

【答案】4H2（g）+2NO2（g）= N2（g）+4H2O（g） △H=-1100.2kJ/mol DE 0.08mol/（L·min） 减小 F

【解析】

（1）依据盖斯定律解答；

（2）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，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建立三段式，依据三段式计算比较；

②合比例等于化学计量数之比时，平衡时生成物的含量最大。

（1）由H2的燃烧热为285.8kJ/mol得①H2（g）+1/2 O2（g）=H2O（l）△H=-285.8KJ/mol,将已知热化学方程式编号为②N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+133kJmol-1，③H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJmol-1，由盖斯定律，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，故答案为：4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=-1100.2kJmol-1；

（2）A、因该反应生成物均为液态，则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，则由题意建立如下三段式：

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△c（H2）=0.8 mol/2L=0.4mol/L，v（H2）=0.4mol/L/5min=0.08mol/（L·min）；该温度下平衡时各物质浓度为c（CO）=0.3 mol/（L·min）、c（H2）=0.6mol/（L·min）、c（CH3OH）=0.2mol/（L·min），则化学平衡常数K=0.2/0.3×0.62，此时再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，此时浓度商Q=0.4/0.5×0.62＞K，反应向逆反应进行，达新平衡时H2的转化率将减小，故答案为：0.08mol/（L．min）；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，CH3OH的体积分数小于C点，故答案为：F。