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的熱值為142.9 kJ/g(熱值是表示單位質量的燃料完全燃燒時所放出的熱量)；

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

H2O(g) =H2O(l) △H=- 44 kJ/mol

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

Ⅱ.脫碳：向2L密閉容器中加入2 mol CO2、6 mol 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該反應自發進行的條件是___________(填“低溫”“高溫”或“任意溫度”）。

②下列敘述能說明此反應達到平衡狀態的是___________。

A．混合氣體的平均式量保持不變

B．CO2和H2的體積分數保持不變

C．CO2和H2的轉化率相等

D．混合氣體的密度保持不變

e.1 mol CO2生成的同時有3 mol H—H鍵斷裂

③CO2的濃度隨時間(0～t2)的變化如圖所示，在t2時將容器容積縮小一倍，t3時達到平衡，t4時降低溫度，t5時達到平衡，請畫出t2～t6的濃度隨時間的變化。

（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	0 min	2	6	0	0
	10 min		4.5
	20 min	1
	30 min			1
反應II絕熱恒容	0 min	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10 min內的平均反應速率v(CH3OH) =____________，在其他條件不變下，若30 min時只改變溫度為T2℃，此時H2的物質的量為3.2 mol，則T1_________T2(填填“>”“<”或“=”)。若30 min時只向容器中再充入1 mol CO2(g)和1mol H2O(g)，則平衡 ______________移動(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】

試題分析：I．（1）根據氫氣的熱值可書寫氫氣的熱化學方程式是2H2(g)+O2(g)＝2H2O(l)△H＝－142.9×4kJ·mol－1＝－571.6kJ·mol－1，根據蓋斯定律，將已知熱化學方程式中的氧氣與液態水消去得到H2還原NO2生成水蒸氣和氮氣的熱化學方程式：4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g) △H＝－1100.2kJ·mol－1；

Ⅱ．（1）①該反應的ΔS＜0，所以若反應自發進行，則ΔH＜0，因此反應在低溫條件下自發進行；

②a．該體系中的氣體只有二氧化碳和氫氣，且二者的起始物質的量之比等于化學方程式中的化學計量數之比，所以是混合氣體的平均式量始終保持不變，不能判斷為平衡狀態，a錯誤；b．CO2與H2始終是1:3的關系，所以CO2和H2的體積分數保持不變的狀態不是平衡狀態，b錯誤；c．CO2與H2的起始物質的量之比等于化學方程式中的化學計量數之比，所以二者的轉化率一定相等，與是否達到平衡狀態無關，c錯誤；d．因為該體系中有液體參加，所以氣體的質量在逐漸減少，則氣體的密度減小，達到平衡時，保持不變，d正確；e．1molCO2生成的同時有3molH－H鍵斷裂，符合正逆反應速率相等，是平衡狀態，e正確，答案選de；

③在t2時將容器容積縮小到原來的二分之一，CO2濃度瞬間增大到1mol·L－1，則壓強增大，平衡正向移動，t3時達到平衡，達到的平衡與原平衡相同，濃度仍是0.5mol·L－1；該反應是放熱反應，t4時降低溫度，則平衡正向移動，t5時達到平衡，則二氧化碳的濃度將小于0.5mol·L－1，對應的圖像見答案。

（2）①因為生成甲醇的反應是放熱反應，而反應Ⅱ是從逆反應方向開始的，所以反應吸熱，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，若是恒溫容器，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需要再降低溫度，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對于反應Ⅰ，前10min內氫氣的物質的量減少6mol－4.5mol=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)==0.025mol·L－1·min－1；30min時是平衡狀態，生成甲醇1mol，則消耗氫氣3mol，平衡時氫氣的物質的量為3mol，而改變溫度后氫氣的物質的量變為3.2mol，物質的理增大，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；若30min時只向容器中再充入1molCO2(g)和1molH2O(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。