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、CO、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的燃燒熱為285.8kJ/mol

N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+133kJ/mol

H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJ/mol

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

Ⅱ.脫碳：

（2）向2L密閉容器中加入2molCO2、6molH2，在適當?shù)拇呋瘎┳饔孟�，發(fā)生反應：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（l）+H2O（l）。

下列敘述能說明此反應達到平衡狀態(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.1molCO2生成的同時有3molH—H鍵斷裂

（3）在T1℃時，體積為2L的恒容容器中充入物質(zhì)的量之和為3mol的H2和CO，發(fā)生反應CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）反應達到平衡時CH3OH的體積分數(shù)（V%）與n（H2）/n（CO）的關系如圖1所示。

①當起始n（H2）/n（CO）=2，經(jīng)過5min達到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為0.4，則0～5min內(nèi)平均反應速率V（H2）=__________。若此時再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，達新平衡時H2的轉(zhuǎn)化率將__________（選填“增大”、“減小”或“不變”）；

②當起始n（H2）/n（CO）=3.5時，達到平衡狀態(tài)后，CH3OH的體積分數(shù)可能是圖1中的___________點（選填“D”、“E”或“F”）

Ⅲ．脫硫：

如圖2所示。

Answer 1

【答案】4H2（g）+2NO2（g）= N2（g）+4H2O（g） △H=-1100.2kJ/mol DE 0.08mol/（L·min） 減小 F

【解析】

（1）依據(jù)蓋斯定律解答；

（2）可逆反應到達平衡時，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；

（3）①建立三段式，依據(jù)三段式計算比較；

②合比例等于化學計量數(shù)之比時，平衡時生成物的含量最大。

（1）由H2的燃燒熱為285.8kJ/mol得①H2（g）+1/2 O2（g）=H2O（l）△H=-285.8KJ/mol,將已知熱化學方程式編號為②N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+133kJmol-1，③H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJmol-1，由蓋斯定律，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)的熱化學方程式為4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=-1100.2kJmol-1，故答案為：4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=-1100.2kJmol-1；

（2）A、因該反應生成物均為液態(tài)，則混合氣體的平均式量始終保持不變，不能說明反應達到平衡狀態(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，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，CO2和H2的轉(zhuǎn)化率始終相等，不能確定反應是否達到平衡狀態(tài)，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(tài)，故D正確；

E、1mol CO2生成的同時有3mol H-H鍵斷裂，說明正逆反應速率相同，反應達到平衡狀態(tài)，故E正確；

故答案為DE；

（3）①H2和CO總共為3mol，且起始n（H2）/n（CO）=2，可知H2為2mol、CO為1mol，5min達到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為0.4，則由題意建立如下三段式：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始（mol）：1 2 0

變化（mol）：0.4 0.8 0.4

平衡（mol）：0.6 1.2 0.4

容器的容積為2L，則△c（H2）=0.8 mol/2L=0.4mol/L，v（H2）=0.4mol/L/5min=0.08mol/（L·min）；該溫度下平衡時各物質(zhì)濃度為c（CO）=0.3 mol/（L·min）、c（H2）=0.6mol/（L·min）、c（CH3OH）=0.2mol/（L·min），則化學平衡常數(shù)K=0.2/0.3×0.62，此時再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，此時濃度商Q=0.4/0.5×0.62＞K，反應向逆反應進行，達新平衡時H2的轉(zhuǎn)化率將減小，故答案為：0.08mol/（L．min）；減小；

②混合比例等于化學計量數(shù)之比時，平衡時生成物的含量最大，故當n（H2）/n（CO）= 3.5時，達到平衡狀態(tài)后，CH3OH的體積分數(shù)小于C點，故答案為：F。