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，嚴重污染空氣。對廢氣進行脫硝、脫碳和脫硫處理可實現(xiàn)綠色環(huán)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(zhì)量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(zhì)的熱化學(xué)方程式__________________。

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

(1)①該反應(yīng)自發(fā)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(yīng)達到平衡狀態(tài)的是________________________。

a.混合氣體的平均式量保持不變

b.CO2和H2的體積分數(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.1 mol CO2生成的同時有3 mol H-H鍵斷裂

(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)過程中部分數(shù)據(jù)見下表：

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

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

②對反應(yīng)I，前10 min內(nèi)的平均反應(yīng)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(zhì)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】4H2(g) +2NO2 (g) =N2 (g) +4H2O(g) △H=-1100.2kJ/mol 低溫 de < < 0.025mol/L·min < 不

【解析】

Ⅰ、依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算所得熱化學(xué)方程式；

Ⅱ、(1)①自發(fā)進行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，結(jié)合反應(yīng)特征分析判斷需要的條件；

②平衡標志是正逆反應(yīng)速率相同，個組分含量保持不變，原則是變量不變分析選項；

(2)①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H＜0，反應(yīng)Ⅰ是恒溫恒容容器，Ⅱ為恒容絕熱，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，圖表中反應(yīng)ⅠⅡ若恒溫恒容達到相同平衡狀態(tài)，Ⅱ為逆向恒容絕熱，溫度降低，平衡正向進行，平衡常數(shù)增大，甲醇濃度增大；

②反應(yīng)速率V=計算得到氫氣反應(yīng)速率，速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比計算甲醇反應(yīng)速率；依據(jù)平衡三段式列式計算分析平衡狀態(tài)的物質(zhì)的量。

Ⅰ．H2的熱值為142.9kJg-1 ，則燃燒熱為285.8kJ/mol，因此①H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol，②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=+133 kJ/mol，③H2O(g)=H2O(l)△H=-44 kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，將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(zhì)的熱化學(xué)方程式為4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g)△H=-1100.2 kJ/mol，故答案為：4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g)△H=-1100.2 kJ/mol；

Ⅱ．(1)①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(l)+H2O(l)，熵變△S＜0，則反應(yīng)焓變△H＜0，低溫下滿足△H-T△S＜0，故答案為：低溫；

②CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(l)+H2O(l)。a、混合氣體的平均式量始終保持不變，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故a錯誤； b、向2L密閉容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1∶3反應(yīng)，所以過程中CO2和H2的體積分數(shù)始終保持不變，故b錯誤；c、向2L密閉容器中加入2mol CO2、6mol H2，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)是否達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；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)達到平衡狀態(tài)，故d正確；e、1mol CO2生成的同時有3mol H-H鍵斷裂，說明正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故e正確；故答案為：de；

(2)①CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H＜0，反應(yīng)Ⅰ是恒溫恒容容器，Ⅱ為恒容絕熱，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，圖表中反應(yīng)ⅠⅡ若恒溫恒容達到相同平衡狀態(tài)，Ⅱ為逆向恒容絕熱，溫度降低，平衡正向進行，平衡常數(shù)增大，甲醇濃度增大，故答案為：＜；＜；

② CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

起始量(mol) 2 6 0 0

變化量(mol) 1 3 1 1

30min量(mol) 1 3 1 1

對反應(yīng)I，前10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)=v(H2)=×=0.025molL-1min-1；若30min時只改變溫度為T2℃，此時H2的物質(zhì)的量為3.2mol，氫氣增加，說明平衡逆向進行，溫度升高T2＞T1，若30min時只向容器中再充入1mol CO2(g)和1mol H2O(g)，對正逆反應(yīng)的影響程度相同，平衡不變，故答案為：0.025molL-1min-1 ；＜；不。