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、CO、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

①N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H1=+133kJ/mol②H2O(g)=H2O(l) △H2=－44 kJ/mol

写出在催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为__。

Ⅱ.脱碳：

（1）向2L恒容密闭容器中加入2molCO2、6molH2，在适当的催化剂作用下，发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l) +H2O(l)。

下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是___。

A.混合气体的平均摩尔质量保持不变 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3molH—H键断裂

（2）在T1℃时，体积为2L的恒容容器中充入物质的量之和为3mol的H2和CO，发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝akJ·mol－1。达到平衡时CH3OH的体积分数（V%）与n(H2)/n(CO)的关系如图1所示。

①当起始=3.5时，达到平衡状态后，CH3OH的体积分数可能是图象中的__点（选填“D”、“E”或“F”）。

②当起始=2时，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图2所示。则该反应的ΔH__0（填“<”或“>”），图中压强P1、P2、P3由大到小的关系是__。T1℃时反应经过5min达到平衡，CO的转化率为0.4，则0～5min内平均反应速率v(H2)=__。

Answer 1

【答案】4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ/mol DE F ＜ P1>P2>P3 0.08mol·L-1·min-1

【解析】

Ⅰ.根据盖斯定律计算H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的焓变；

Ⅱ. （1）根据平衡标志判断；

（2）①投料比等于系数比，达到平衡时，产物的百分含量最大；

②根据图象，随温度升高，CO平衡转化率降低；CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)正反应气体系数和减小。

Ⅰ.①N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H1=+133kJ/mol

②H2O(g)=H2O(l) △H2=－44 kJ/mol

H2的燃烧热为285.8kJ/mol，即③H2（g）+ O2（g）=H2O（l）△H=-285.8KJ/mol；

根据盖斯定律③×4－①－②×4得4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ/mol；

Ⅱ. （1）A.投料比等于系数比，反应过程中CO2、H2的比例不变，所以混合气体的平均摩尔质量是恒量，混合气体的平均摩尔质量保持不变，不一定平衡，故不选A；

B. 投料比等于系数比，反应过程中CO2、H2的比例是恒量，CO2和H2的体积分数保持不变，不一定平衡，故不选B；

C. 投料比等于系数比，CO2和H2的转化率一定相等，所以CO2和H2的转化率相等，不一定平衡，故不选C；

D.反应过程中有液体生成，所以气体质量减小，气体体积不变，密度是变量，混合气体的密度保持不变，一定达到平衡状态，故选D；

E.1molCO2生成的同时有3molH—H键断裂，说明正逆反应速率相等，一定达到平衡状态，故选E。

（2）①投料比等于系数比，达到平衡时，产物的百分含量最大，即=2时，达到平衡状态后，CH3OH的体积分数最大；当起始=3.5时，达到平衡状态后，CH3OH的体积分数低于C点，所以可能是图象中的F点；

②根据图象，随温度升高，CO平衡转化率降低，说明升高温度平衡逆向移动，正反应放热，ΔH＜0；CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)正反应气体系数和减小，压强越大，CO平衡转化率越高，所以P1>P2>P3。T1℃时反应经过5min达到平衡，CO的转化率为0.4，消耗CO的物质的量为1mol×0.4=0.4mol，消耗氢气的物质的量为0.8mol，0～5min内平均反应速率v(H2)= 0.08mol·L-1·min-1。