Question

【題目】工業(yè)燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量NOx、CO、CO2等氣體，嚴(yán)重污染空氣，對(duì)廢氣進(jìn)行脫硝，脫碳等處理可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用。

Ⅰ、脫硝：

已知：

①H2的燃燒熱ΔH=-285.8kJ/mol

②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+133kJ/mol

③H2O(g)=H2O(l) ΔH=-44kJ/mol

催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其他無(wú)毒物質(zhì)的熱化學(xué)方程式為： ________。

Ⅱ、脫碳

工業(yè)上可用CO或CO2來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇。已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示：

化學(xué)反應(yīng)	平衡常數(shù)	500℃	800℃
①2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)	K1	2.5	0.15
②H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)	K2	1.0	2.50
③3H2(g)＋CO2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)	K3

（1）某溫度下在容積為2L的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)①，其相關(guān)數(shù)據(jù)如圖；反應(yīng)開(kāi)始至平衡

①用H2表示化學(xué)反應(yīng)速率為________。

②5min時(shí)改變的反應(yīng)條件可能是____________。

A. 縮小容器體積

B. 使用催化劑

C. 降低溫度

D.充入氮?dú)?/span>

（2）若向2L密閉容器中加入1molCO2、3molH2，發(fā)生上述反應(yīng)③。

①下列情況能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是________（填字母）。

A.容器內(nèi)氣體密度不變 B.容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)保持不變

C.絕熱恒容時(shí)，平衡常數(shù)不變 D.v正(CH3OH)=3v逆(H2)

②據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3＝_______（用K1、K2表示），該反應(yīng)的△H_____0（填“>”或“=”或“<”）。

③500℃時(shí)測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)刻起始加入0.5molCO2、1molH2、0.5molCH3OH(g)、1molH2O(g) 則此反應(yīng)速率的關(guān)系：v正__________v逆。（填“>”、 “=” 或“<”）

④相同條件下，在容積都為2L且固定的兩個(gè)密閉容器中，按如下方式加入反應(yīng)物，一段時(shí)間后反應(yīng)達(dá)到平衡。

容器	甲	乙
反應(yīng)物投入量	1mol CO2、3molH2	amol CO2、3amolH2 bmolCH3OH(g)、bmolH2O(g)

若甲中平衡后氣體的壓強(qiáng)為開(kāi)始的0.6倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時(shí)維持化學(xué)反應(yīng)向逆向反應(yīng)方向進(jìn)行，則b的取值范圍為_________（a、b均不為0）。

Answer 1

【答案】 4H2(g ) + 2NO2( g)=N2(g ) + 4H2O(g) ΔH=- 1100.2kJ/mol 0.06 mol ·L-1·min-1 A B BC K1·K2 < < 0.8

【解析】Ⅰ、已知：H2的燃燒熱為ΔH=-285.8kJ/mol，則 H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8kJ/mol；②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+133kJ/mol；③H2O(g)=H2O(l) ΔH3=-44kJ/mol；根據(jù)蓋斯定律由①×4-②-③×4可得4H2(g)+2NO2(g) =4H2O(g)+N2(g)，ΔH=(-285.8kJ/mol)×4-(+133kJ/mol)-(-44kJ/mol)×4=－1100.2kJ/mol，所以反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為 4H2(g ) + 2NO2( g)=N2(g ) + 4H2O(g) ΔH=－1100.2kJ/mol；

Ⅱ、（1）①反應(yīng)開(kāi)始至平衡時(shí)需要時(shí)間為10min，H2的變化物質(zhì)的量為2.0mol-0.8mol=1.2mol，則用H2表示化學(xué)反應(yīng)速率為=0 .06 mol ( L·min ) ；②5min時(shí)曲線的斜率變大，這說(shuō)明反應(yīng)速率加快，因此改變的反應(yīng)條件可能是縮小容器體積或使用催化劑，降低溫度反應(yīng)速率減小，充入氮?dú)夥磻?yīng)速率不變，答案選AB；（2）①A. 混合氣體的體積和質(zhì)量始終不變，密度保持不變，不能說(shuō)明是平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤；B.正反應(yīng)體積減小，則容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)保持不變說(shuō)明是平衡狀態(tài)，B正確；C.絕熱恒容時(shí)，平衡常數(shù)不變，說(shuō)明溫度不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C正確；D.v正(CH3OH)=3v逆(H2)不能滿足正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，D錯(cuò)誤，答案選BC；②根據(jù)蓋斯定律可知①+②即得到反應(yīng)③，所以K3＝K1·K2，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知升高溫度K3減小，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向減小，則該反應(yīng)的△H＜0。③500℃時(shí)測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)刻起始加入0.5molCO2、1molH2、0.5molCH3OH(g)、1molH2O(g) 則此時(shí)濃度熵為大于2.5，所以反應(yīng)向逆反應(yīng)方向減小，因此v正＜v逆。④設(shè)平衡時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化了x mol，則

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

開(kāi)始(mol)：1 3 0 0

變化(mol)：x 3x x x

平衡(mol)：1-x 3-3x x x

則由題意可知： =0.6，解得x=0.8，根據(jù)恒溫恒容條件下的等效平衡甲和乙為完全等效，即a+b=1，要使反應(yīng)始終向逆向進(jìn)行，則b＞x，故b的范圍為0.8