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、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綠色環保、廢物利用。

Ⅰ．脫硝：已知：H2的燃燒熱為285.8kJ/mol

①N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H1=+133kJ/mol

②H2O(g)=H2O(l) △H2=－44 kJ/mol

寫出在催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其他無毒物質的熱化學方程式為___。

Ⅱ．脫碳：

（1）向2L恒容密閉容器中加入2molCO2、6molH2，在適當的催化劑作用下，發生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l) +H2O(l)。

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．1 molCO2生成的同時有3molH—H鍵斷裂

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

①當起始n(H2)/n(CO)=2，經過5min達到平衡，CO的轉化率為0.4，則0～5min內平均反應速率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，達到平衡狀態后，CH3OH的體積分數可能是圖象中的___點（選填“D”、“E”或“F”）。

（3）已知反應A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)的平衡常數K值與溫度的關系如表所示。830℃時，向一個2L的密閉容器中充入0.20molA和0.20molB，10s時達到平衡。

溫度/℃	700	830	1200
K值	1.7	1.0	0.4

該反應是____反應(填“吸熱反應”或“放熱反應”)；反應初始至平，A的平均反應速率v(A)＝_____。達到平衡后，B的轉化率為____。

Answer 1

【答案】4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ/mol DE 0.08mol·L-1·min-1 減小 F 放熱反應 0.005mol·L－1·s－1 50%

【解析】

Ⅰ已知：氫氣燃燒熱為285.8 kJ/mol，H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8 kJ/mol

②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=+133 kJ/mol

③H2O(g)=H2O(l)△H=-44 kJ/mol

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的熱化學方程式為4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g)△H=-1100.2 kJ/mol；

Ⅱ.(1)A、根據方程式CO2(g)+3H2(g)＝CH3OH(l)+H2O(l)可知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，故A錯誤；

B、向2L密閉容器中加入2molCO2、6molH2，按照1：3反應，所以過程中CO2和H2的體積分數始終保持不變，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、1molCO2生成的同時有3molH-H鍵斷裂，說明正逆反應速率相同，反應達到平衡狀態，故E正確；

故答案為：DE；

(2)①H2和CO總共為3mol，且起始=2，可知H2為2mol、CO為1mol，5min達到平衡時CO的轉化率為0.4，則：

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v(H2)= =0.08mol/(L·min)，該溫度下平衡常數K=，此時再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4mol，此時濃度商Qc=，反應向逆向反應進行，達新平衡時H2的轉化率將減小；

②混合比例等于化學計量數之比時，平衡時生成物的含量最大，故當=3.5時，達到平衡狀態后，CH3OH的體積分數小于C點，故選F；

（3）由表中數據可知，溫度越高，平衡常數越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，升高溫度平衡向吸熱反應方向移動，故正反應為放熱反應；設平衡時參加反應的B的物質的量為xmol，則：

A（g）+B（g）C（g）+D（g）

開始（mol/L）：0.1 0.1 0 0

變化（mol/L）：x x x x

平衡（mol/L）：0.1-x 0.1-x x x

故=1，解得x=0.05

反應初始至平衡，A的平均反應速率v（A）==0.005molL-1s-1；平衡時B的轉化率為×100%=50%。