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285.8kJ/mol N2(g) +2O2(g) = 2NO2(g)△H = +133kJ/mol、H2O(g) = H2O(l) △H = -44kJ/mol。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2molCO2、6molH2，在適當的催化劑作用下，發生反應：CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(l) + H2O(l) △H < 0

（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.1molCO2生成的同時有3molH—H鍵斷裂

③CO2的濃度隨時間（0~t2）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內CO2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：

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時向容器中再充入1molCO2和1molH2O(g)，則平衡_________移動（填“正向”、“逆向”或“不”）。

Answer 1

【答案】 低溫 de < < < 不

【解析】Ⅰ. 在催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無毒物質，無毒物質為N2，已知：H2的燃燒熱為285.8kJ/mol，則① H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=285.8kJ/mol、② N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+133kJ/mol、③ H2O(g)=H2O(l) △H=44kJ/mol，①×4②③×4得H2還原NO2生成水蒸氣和N2的熱化學方程式為：4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) △H=1100.2kJ/mol，故答案為：4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) △H=1100.2kJmol1；

Ⅱ.(1).①. CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(l) + H2O(l) △H < 0，該反應的熵變△S<0，則低溫下滿足△HT△S<0，故答案為：低溫；

②. 向2L密閉容器中加入2molCO2、6molH2，發生反應CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(l) + H2O(l) △H < 0，a. 因混合氣體的平均式量始終保持不變，所以混合氣體的平均式量保持不變不能說明反應達到平衡狀態，故a錯誤；b. 向2L密閉容器中加入2molCO2、6molH2，按照1:3反應，所以反應過程中CO2和H2的體積分數始終保持不變，不能說明反應達到平衡狀態，故b錯誤；c. 向2L密閉容器中加入2molCO2、6molH2，按照1:3反應，CO2和H2的轉化率始終相等，不能確定反應是否達到平衡狀態，故c錯誤；d. 反應物是氣體，生成物是液體，混合氣體的密度保持不變，說明反應達到平衡狀態，故d正確；e. 1mol CO2生成的同時有3mol HH鍵斷裂，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態，故e正確；答案為：de；

③.在t2時將容器容積縮小一倍，壓強增大，反應速率增大，二氧化碳的濃度增大，平衡正向進行，二氧化碳的濃度隨后減小，t3時達到平衡，t4時降低溫度，因該反應為放熱反應，則平衡正向進行，二氧化碳的濃度減小，反應速率減小，t5時達到平衡；圖象在t2的起點二氧化碳濃度突然增大為1mol/L，隨反應進行減小，圖中t3到t4終點平衡線在0.5mol/L的線上，t5以后在0.5mol/L的線以下，但不能到橫坐標線上且有平衡線段，所以圖象為：，故答案為：；

（2）.①. CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) △H < 0，反應Ⅰ的條件是恒溫恒容，Ⅱ為恒容絕熱，該反應是放熱反應，由表中數據可知，若反應Ⅰ、Ⅱ均為恒溫恒容，則達到相同的平衡狀態，Ⅱ為逆向開始反應，溫度降低，與反應I相比，相當于降低溫度，平衡正向進行，平衡常數增大，平衡時甲醇的濃度增大，故答案為：＜，＜；

②. 對于反應I，由表中數據可知，10min時H2的物質的量為4.5mol，則甲醇的物質的量為n(CH3OH)=(6－4.5)mol÷3=0.5mol，則前10min內的平均反應速率v(CH3OH)=0.5mol÷2L÷10min=0.025mol·L-1·min-1；在30min時，根據三段式法有：

CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)

起始量(mol) 2 6 0 0

轉化量(mol) 1 3 1 1

30min量(mol) 1 3 1 1

若30min時只改變溫度為T2℃，此時H2的物質的量為3.2mol，氫氣的物質的量增加，則平衡逆向進行，因該反應為放熱反應，說明溫度升高，T2＞T1；由表中數據可知，20min時CO2的物質的量和30min時CO2的物質的量相等，說明20min時反應已經達到平衡狀態，由上述三段式法計算的結果可知，該反應的平衡常數K==，若30min時向容器中再充入1molCO2和1molH2O(g)，此時Qc===K，則平衡不移動，故答案為：0.025mol·L-1·min-1；＜；不。