Question

【题目】工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物（NOx）、CO2、SO2等气体，严重污染空气。对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。

Ⅰ．脱硝：已知：H2的燃烧热为285.8kJ·mol-1

N2（g）+2O2（g）＝2NO2（g） △H＝+133kJ·mol-1

H2O（g）＝ H2O（l) △H＝-44kJ·mol-1

催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和其它无毒物质的热化学方程式为______________。

Ⅱ．脱碳：向2L密闭容器中加入2mol CO2、6mol H2，在适当的催化剂作用下，发生反应：

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

（1）①该反应自发进行的条件是____（填“低温”、“高温”或“任意温度”）

②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是____。

a、混合气体的平均式量保持不变 b、CO2和H2的体积分数保持不变

c、CO2和H2的转化率相等 d、混合气体的密度保持不变

e、1molCO2生成的同时有3mol H-H键断裂

（2）产物甲醇可以用作燃料电池，该电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。负极发生的电极反应式是____________。

（3）资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放，还可重新获得燃料或重要工业产品。

在一定条件下，二氧化碳转化为甲烷的反应如下：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) 其平衡常数表达式为_____________________________。

向一容积为2 L的恒容密闭容器中充人一定量的CO2和H2，300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为：CO2：0.2 mol·L一1，H2：0.8 mol·L一1，CH4：0.8 mol·L一1，

H2O：1.6 mol·L一1。

则CO2的平衡转化率为________。300 ℃时上述反应的平衡常数K=___________。200℃时该反应的平衡常数K=64.8，则该反应的△H_____ O (填“＞”或“<”)。

Answer 1

【答案】 4H2（g）+2NO2（g）＝N2（g）+4H2O（g）△H＝-1100.2kJ·mol-1 低温 d e CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ 80% 25 ＜

【解析】I、已知：H2的燃烧热为285.8 kJmol﹣1，①H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJmol﹣1 ，②N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+133kJmol-1，

③H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJmol-1，

①×4-②-③×4得到催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和其它无毒物质的热化学方程式为4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=-1100.2kJmol-1；

Ⅱ．（1）①CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l），熵变△S＜0，则反应焓变△H＜0，低温下满足△H-T△S＜0，答案为：低温；②CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l），a、混合气体的平均式量始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，选项a错误；b、向2L密闭容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1：3反应，所以过程中CO2和H2的体积分数始终保持不变，选项b错误；c、向2L密闭容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1：3反应，CO2和H2的转化率始终相等，不能确定反应是否达到平衡状态，选项c错误；d、反应物是气体，生成物是液体，混合气体的密度保持不变，说明反应达到平衡状态，选项d正确；e、1mol CO2生成的同时有3mol H-H键断裂，说明正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，选项e正确；答案选de；（2）甲醇燃料电池实质就是利用CH3OH燃料在氧气中反应来提供电能，CH3OH作负极，发生氧化反应，电极反应为CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+；（3）CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) 平衡常数表达式为；

设起始时CO2和H2的物质的量浓度分别为x、y；

CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）

起始浓度（mol/L） x y 0 0

变化浓度（mol/L） 0.8 3.2 0.8 1.6

平衡浓度（mol/L） 0.2 0.8 0.8 1.6

x=0.8 mol/L +0.2m mol/L =1 mol/L，y=3.2 mol/L +0.8 mol/L =4mol/L；

CO2的平衡转化率=×100%=80%；根据平衡常数的含义可知平衡常数表达式K=；300℃时平衡常数为：=25，200℃时该反应的平衡常数K=64.8，说明温度升高，平衡常数减小，平衡向逆反应方向移动，则该反应为放热反应，H<0。