Question

【題目】工業燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量NOx、CO、CO2等氣體，嚴重污染空氣，對廢氣進行脫硝，脫碳等處理可實現綠色環保、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毒物質的熱化學方程式為： ________。

Ⅱ、脫碳

工業上可用CO或CO2來生產燃料甲醇。已知甲醇制備的有關化學反應以及在不同溫度下的化學反應平衡常數如下表所示：

化學反應	平衡常數	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的密閉容器中進行反應①，其相關數據如圖；反應開始至平衡

①用H2表示化學反應速率為________。

②5min時改變的反應條件可能是____________。

A. 縮小容器體積

B. 使用催化劑

C. 降低溫度

D.充入氮氣

（2）若向2L密閉容器中加入1molCO2、3molH2，發生上述反應③。

①下列情況能說明反應已達平衡狀態的是________（填字母）。

A.容器內氣體密度不變 B.容器內氣體總壓強保持不變

C.絕熱恒容時，平衡常數不變 D.v正(CH3OH)=3v逆(H2)

②據反應①與②可推導出K1、K2與K3之間的關系，則K3＝_______（用K1、K2表示），該反應的△H_____0（填“>”或“=”或“<”）。

③500℃時測得反應③在某時刻起始加入0.5molCO2、1molH2、0.5molCH3OH(g)、1molH2O(g) 則此反應速率的關系：v正__________v逆。（填“>”、 “=” 或“<”）

④相同條件下，在容積都為2L且固定的兩個密閉容器中，按如下方式加入反應物，一段時間后反應達到平衡。

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

若甲中平衡后氣體的壓強為開始的0.6倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，且起始時維持化學反應向逆向反應方向進行，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，所以反應的熱化學方程式為 4H2(g ) + 2NO2( g)=N2(g ) + 4H2O(g) ΔH=－1100.2kJ/mol；

Ⅱ、（1）①反應開始至平衡時需要時間為10min，H2的變化物質的量為2.0mol-0.8mol=1.2mol，則用H2表示化學反應速率為=0 .06 mol ( L·min ) ；②5min時曲線的斜率變大，這說明反應速率加快，因此改變的反應條件可能是縮小容器體積或使用催化劑，降低溫度反應速率減小，充入氮氣反應速率不變，答案選AB；（2）①A. 混合氣體的體積和質量始終不變，密度保持不變，不能說明是平衡狀態，A錯誤；B.正反應體積減小，則容器內氣體總壓強保持不變說明是平衡狀態，B正確；C.絕熱恒容時，平衡常數不變，說明溫度不變，反應達到平衡狀態，C正確；D.v正(CH3OH)=3v逆(H2)不能滿足正逆反應速率相等，反應沒有達到平衡狀態，D錯誤，答案選BC；②根據蓋斯定律可知①+②即得到反應③，所以K3＝K1·K2，根據表中數據可知升高溫度K3減小，說明平衡向逆反應方向減小，則該反應的△H＜0。③500℃時測得反應③在某時刻起始加入0.5molCO2、1molH2、0.5molCH3OH(g)、1molH2O(g) 則此時濃度熵為大于2.5，所以反應向逆反應方向減小，因此v正＜v逆。④設平衡時二氧化碳轉化了x mol，則

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

開始(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，要使反應始終向逆向進行，則b＞x，故b的范圍為0.8