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 N2(g) +2O2(g) = 2NO2(g)△H = +133kJ/mol、H2O(g) = H2O(l) △H = -44kJ/mol。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2molCO2、6molH2，在适当的催化剂作用下，发生反应：CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(l) + H2O(l) △H < 0

（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3molH—H键断裂

③CO2的浓度随时间（0~t2）变化如图所示，在t2时将容器容积缩小一倍，t3时达到平衡，t4时降低温度，t5时达到平衡，请画出t2~t6内CO2的浓度随时间的变化_____。

（2）改变温度，使反应CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) △H < 0中的所有物质都为气态。起始温度体积相同（T1℃、2L密闭容器)。反应过程中部分数据见下表：

①达到平衡时，反应Ⅰ、Ⅱ对比：平衡常数K(I)_______K(II)（填“>”、“<”或“=”，下同）；平衡时CH3OH的浓度c(I)_______c(II)。

②对反应Ⅰ，前10min内的平均反应速率v(CH3OH)=_______________。在其它条件不变下，若30min时只改变温度为T2 ℃，此时H2的物质的量为3.2mol，则T1______T2（填“>”、“<”或“=”）。若30min时向容器中再充入1molCO2和1molH2O(g)，则平衡_________移动（填“正向”、“逆向”或“不”）。

Answer 1

【答案】 低温 de < < < 不

【解析】Ⅰ. 在催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和其它无毒物质，无毒物质为N2，已知：H2的燃烧热为285.8kJ/mol，则① H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=285.8kJ/mol、② N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+133kJ/mol、③ H2O(g)=H2O(l) △H=44kJ/mol，①×4②③×4得H2还原NO2生成水蒸气和N2的热化学方程式为：4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) △H=1100.2kJ/mol，故答案为：4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) △H=1100.2kJmol1；

Ⅱ.(1).①. CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(l) + H2O(l) △H < 0，该反应的熵变△S<0，则低温下满足△HT△S<0，故答案为：低温；

②. 向2L密闭容器中加入2molCO2、6molH2，发生反应CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(l) + H2O(l) △H < 0，a. 因混合气体的平均式量始终保持不变，所以混合气体的平均式量保持不变不能说明反应达到平衡状态，故a错误；b. 向2L密闭容器中加入2molCO2、6molH2，按照1:3反应，所以反应过程中CO2和H2的体积分数始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故b错误；c. 向2L密闭容器中加入2molCO2、6molH2，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，故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，故d正确；e. 1mol CO2生成的同时有3mol HH键断裂，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故e正确；答案为：de；

③.在t2时将容器容积缩小一倍，压强增大，反应速率增大，二氧化碳的浓度增大，平衡正向进行，二氧化碳的浓度随后减小，t3时达到平衡，t4时降低温度，因该反应为放热反应，则平衡正向进行，二氧化碳的浓度减小，反应速率减小，t5时达到平衡；图象在t2的起点二氧化碳浓度突然增大为1mol/L，随反应进行减小，图中t3到t4终点平衡线在0.5mol/L的线上，t5以后在0.5mol/L的线以下，但不能到横坐标线上且有平衡线段，所以图象为：，故答案为：；

（2）.①. CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) △H < 0，反应Ⅰ的条件是恒温恒容，Ⅱ为恒容绝热，该反应是放热反应，由表中数据可知，若反应Ⅰ、Ⅱ均为恒温恒容，则达到相同的平衡状态，Ⅱ为逆向开始反应，温度降低，与反应I相比，相当于降低温度，平衡正向进行，平衡常数增大，平衡时甲醇的浓度增大，故答案为：＜，＜；

②. 对于反应I，由表中数据可知，10min时H2的物质的量为4.5mol，则甲醇的物质的量为n(CH3OH)=(6－4.5)mol÷3=0.5mol，则前10min内的平均反应速率v(CH3OH)=0.5mol÷2L÷10min=0.025mol·L-1·min-1；在30min时，根据三段式法有：

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

起始量(mol) 2 6 0 0

转化量(mol) 1 3 1 1

30min量(mol) 1 3 1 1

若30min时只改变温度为T2℃，此时H2的物质的量为3.2mol，氢气的物质的量增加，则平衡逆向进行，因该反应为放热反应，说明温度升高，T2＞T1；由表中数据可知，20min时CO2的物质的量和30min时CO2的物质的量相等，说明20min时反应已经达到平衡状态，由上述三段式法计算的结果可知，该反应的平衡常数K==，若30min时向容器中再充入1molCO2和1molH2O(g)，此时Qc===K，则平衡不移动，故答案为：0.025mol·L-1·min-1；＜；不。