Question

【題目】工業(yè)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(yán)重污染空氣。對(duì)廢氣進(jìn)行脫硝、脫碳和脫硫處理可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)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(zhì)的熱化學(xué)方程式為_____________________。

Ⅱ.脫碳：向2L密閉容器中加入2molCO2、6molH2，在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔孟�，發(fā)生反應(yīng)：CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(l) + H2O(l) △H < 0

（1）①該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)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(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是___________。

a.混合氣體的平均式量保持不變 ；b.CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)保持不變；

c. CO2和H2的轉(zhuǎn)化率相等 ；d.混合氣體的密度保持不變

e.1molCO2生成的同時(shí)有3molH—H鍵斷裂

③CO2的濃度隨時(shí)間（0~t2）變化如圖所示，在t2時(shí)將容器容積縮小一倍，t3時(shí)達(dá)到平衡，t4時(shí)降低溫度，t5時(shí)達(dá)到平衡，請(qǐng)畫出t2~t6內(nèi)CO2的濃度隨時(shí)間的變化_____。

（2）改變溫度，使反應(yīng)CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) △H < 0中的所有物質(zhì)都為氣態(tài)。起始溫度體積相同（T1℃、2L密閉容器)。反應(yīng)過程中部分?jǐn)?shù)據(jù)見下表：

①達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ?qū)Ρ龋浩胶獬��?shù)K(I)_______K(II)（填“>”、“<”或“=”，下同）；平衡時(shí)CH3OH的濃度c(I)_______c(II)。

②對(duì)反應(yīng)Ⅰ，前10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)=_______________。在其它條件不變下，若30min時(shí)只改變溫度為T2 ℃，此時(shí)H2的物質(zhì)的量為3.2mol，則T1______T2（填“>”、“<”或“=”）。若30min時(shí)向容器中再充入1molCO2和1molH2O(g)，則平衡_________移動(dòng)（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(zhì)，無毒物質(zhì)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(xué)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(yīng)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(fā)生反應(yīng)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(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；b. 向2L密閉容器中加入2molCO2、6molH2，按照1:3反應(yīng)，所以反應(yīng)過程中CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)始終保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；c. 向2L密閉容器中加入2molCO2、6molH2，按照1:3反應(yīng)，CO2和H2的轉(zhuǎn)化率始終相等，不能確定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；d. 反應(yīng)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(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；e. 1mol CO2生成的同時(shí)有3mol HH鍵斷裂，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故e正確；答案為：de；

③.在t2時(shí)將容器容積縮小一倍，壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率增大，二氧化碳的濃度增大，平衡正向進(jìn)行，二氧化碳的濃度隨后減小，t3時(shí)達(dá)到平衡，t4時(shí)降低溫度，因該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則平衡正向進(jìn)行，二氧化碳的濃度減小，反應(yīng)速率減小，t5時(shí)達(dá)到平衡；圖象在t2的起點(diǎn)二氧化碳濃度突然增大為1mol/L，隨反應(yīng)進(jìn)行減小，圖中t3到t4終點(diǎn)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(biāo)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(yīng)Ⅰ的條件是恒溫恒容，Ⅱ?yàn)楹闳萁^熱，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，由表中數(shù)據(jù)可知，若反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ均為恒溫恒容，則達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，Ⅱ?yàn)槟嫦蜷_始反應(yīng)，溫度降低，與反應(yīng)I相比，相當(dāng)于降低溫度，平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)增大，平衡時(shí)甲醇的濃度增大，故答案為：＜，＜；

②. 對(duì)于反應(yīng)I，由表中數(shù)據(jù)可知，10min時(shí)H2的物質(zhì)的量為4.5mol，則甲醇的物質(zhì)的量為n(CH3OH)=(6－4.5)mol÷3=0.5mol，則前10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)=0.5mol÷2L÷10min=0.025mol·L-1·min-1；在30min時(shí)，根據(jù)三段式法有：

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

起始量(mol) 2 6 0 0

轉(zhuǎn)化量(mol) 1 3 1 1

30min量(mol) 1 3 1 1

若30min時(shí)只改變溫度為T2℃，此時(shí)H2的物質(zhì)的量為3.2mol，氫氣的物質(zhì)的量增加，則平衡逆向進(jìn)行，因該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，說明溫度升高，T2＞T1；由表中數(shù)據(jù)可知，20min時(shí)CO2的物質(zhì)的量和30min時(shí)CO2的物質(zhì)的量相等，說明20min時(shí)反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，由上述三段式法計(jì)算的結(jié)果可知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==，若30min時(shí)向容器中再充入1molCO2和1molH2O(g)，此時(shí)Qc===K，則平衡不移動(dòng)，故答案為：0.025mol·L-1·min-1；＜；不。