Question

【題目】工業燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量氮氧化物（NOx）、CO2、SO2等氣體，嚴重污染空氣．對廢氣進行脫硝、脫碳和脫硫處理可實現綠色環保、廢物利用．

Ⅰ．脫硝：已知：H2的燃燒熱為285.8 kJmol﹣1

N2（g）+2O2（g）═2NO2（g）△H=+133kJmol﹣1

H2O（g）═H2O（l）△H=﹣44kJmol﹣1

催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無毒物質的熱化學方程式為______________。

Ⅱ．脫碳：向2L密閉容器中加入2mol CO2、6mol H2，在適當的催化劑作用下，發生反應：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l）

（1）①已知該反應能自發進行，則△H____0（填“大于”、“小于”或“等于”）

②如圖，t2時CO2的轉化率=_____________

（2）改變溫度，使反應CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H＜0 中的所有物質

都為氣態．起始溫度體積相同（T1℃、2L密閉容器）．反應過程中部分數據見下表：

	反應時間	CO2（mol）	H2（mol）	CH3OH（mol）	H2O（mol）
反應I 恒溫恒容	0min	2	6	0	0
	10min		4.5
	20min	1
	30min			1
反應II 絕熱恒容	0min	0	0	2	2

①達到平衡時，反應Ⅰ、Ⅱ對比：平衡常數K（Ⅰ）______K（Ⅱ）（填“＞”、“＜”或“=”下同）；平衡時CH3OH的濃度c（Ⅰ）______c（Ⅱ）．

②對反應Ⅰ，前10min內的平均反應速率v（CH3OH）=______，在其它條件不變下，若30min時只改變溫度為T2℃，此時H2的物質的量為3.2mol，則T1______T2（填“＞”、“＜”或“=”）．若30min時只向容器中再充入1mol CO2（g）和1mol H2O（g），則平衡______移動（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的燃燒熱為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得到催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無毒物質的熱化學方程式為4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=-1100.2kJmol-1；

Ⅱ．（1）①CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l），熵變△S＜0，則反應焓變△H＜0，低溫下滿足△H﹣T△S＜0，故△H小于0；②t2時CO2的轉化率=×100%=50%；（2）①因為生成甲醇的反應是放熱反應，而反應II是從逆反應開始的，所以反應吸熱，所以絕熱容器的溫度要低于恒溫容器，即反應I溫度高于反應II，溫度升高，放熱反應的平衡常數減小，則K(I)<K(II)；二者都是恒容條件，若是恒溫恒容，二者達到的平衡是等效平衡，甲醇的濃度相同，而反應I溫度高于反應II，所以反應II需再降低溫度，而溫度降低，平衡正向移動，則甲醇的濃度增大，平衡時CH3OH的濃度c(I)<c(II)；②對反應I，前10min內氫氣的物質的量減少（6-4.5）mol=1.5mol，則甲醇的物質的量增加0.5mol，所以前10min內平均反應速率v(CH3OH)＝=0.025molL-1min-1；

30min時是平衡狀態，生成甲醇1mol，則消耗氫氣3mol，平衡氫氣的物質的量是3mol，而改變溫度后氫氣的物質的量變為3.2mol，物質的量增大，說明平衡逆向移動，因為該反應是放熱反應，所以升高溫度，平衡逆向移動，則T1<T2；

完成表中數據如下：

	反應時間	CO2（mol）	H2（mol）	CH3OH（mol）	H2O（mol）
反應I 恒溫恒容	0min	2	6	0	0
	10min	1.5	4.5	0.5	0.5
	20min	1	3	1	1
	30min	1	3	1	1
反應II 絕熱恒容	0min	0	0	2	2

若30min時只向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，根據表中數據計算該溫度下的平衡常數為K==，此時Qc===K，所以平衡不移動。