Question

19．工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物（NO_x）、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：催化剂存在下，H₂还原NO₂生成水蒸气和其它无毒物质的化学方程式为4H₂+2NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+4H₂O．
Ⅱ．脱碳：向2L密闭容器中加入2mol CO₂、6mol H₂，在恒温恒容的条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0
（1）下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是bce．
a．单位时间内生成n mol CH₃OH的同时生成n mol H₂O
b．CO₂和H₂的物质的量分数保持不变
c．CO₂和H₂的浓度保持不变
d．混合气体的密度保持不变
e．生成1mol CO₂生成的同时有3mol H-H键断裂
（2）该反应过程中部分数据见下表：

反应时间	CO2 （mol）	H2 （mol）	CH3OH （mol）	H2O （mol）
0min	2	6	0	0
10min		4.5
20min	1
30min			1

①20min时，反应是否达到平衡状态？是（填“是”或“否”）．
简述理由：20min时，n（CH₃OH）为1mol，与30min时相同．
②前10min内的平均反应速率v（CH₃OH）=0.025mol•L^-1•min^-1；
平衡时c（H₂）=1.5mol/L；平衡时CO₂的转化率为50%．
③在其它条件不变下，若20min时向该密闭容器中通入1mol H₂，此时该反应速率将增大（填“增大”或“减小”）．

Answer 1

分析 Ⅰ．在催化剂存在下，用H₂还原NO₂可生成水蒸气和其它无毒物质，应生成氮气与水；
Ⅱ．（1）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（2）①求出20min时甲醇的物质的量，与30min时做比较；
②根据三段式来求解；
③容器为恒容，通入氢气，则氢气的浓度增大，据此分析．

解答 解：Ⅰ．在催化剂存在下，用H₂还原NO₂可生成水蒸气和其它无毒物质，应生成氮气与水，反应方程式为：4H₂+2NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+4H₂O，故答案为：4H₂+2NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+4H₂O；
Ⅱ．（1）a．单位时间内生成n mol CH₃OH的同时生成n mol H₂O是一定，即使反应未达平衡也是如此，故不能作为平衡的标志，故a错误；
b．在反应未平衡时，CO₂和H₂在混合物中的物质的量分数一直降低，当保持不变时，说明反应达平衡，故b正确；
c．在反应未平衡时，CO₂和H₂的浓度一直在降低，则当两者浓度不变时，说明反应达平衡，故c正确；
d．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体密度为定值，故d错误，
e.1mol CO₂生成的同时有3mol H-H键断裂，而断裂3molH-H键同时有1molCO₂消耗，CO₂的消耗速率与生成速率相等，反应到达平衡，故e正确；
故选：bce；
（2）
①CO₂和氢气的初始物质的量分别为2mol和6mol，而20min时，CO₂的物质的量为1mol，则△n（CO₂）=1mol，根据物质的量的该变量之比等于计量数之比可知，
△n（CH₃OH）=1mol，即此时甲醇的物质的量也为1mol，而和30min时甲醇的物质的量相同，故在20min时反应达平衡，故答案为：是，20min时，n（CH₃OH）为1mol，与30min时相同；
②CO₂和氢气的初始物质的量分别为2mol和6mol，而10min时，氢气为4.5mol，根据三段式可知：
            CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始（min）：2           6             0         0
△n：△n（CO₂）      1.5△n（CH₃OH）   
10min：4.5
根据物质的量的该变量之比等于计量数之比可知：△n（CH₃OH）=1.5mol÷3=0.5mol，故10min时间段内v（CH₃OH）=$\frac{0.5mol}{\frac{2L}{10min}}$=0.025mol•L^-1•min^-1；
反应在20min时达平衡．由于CO₂和氢气的初始物质的量分别为2mol和6mol，而20min时，二氧化碳为1mol，根据三段式可知：
            CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始（min）：2           6             0         0
△n：1△n（H₂）     
平衡：1         
根据物质的量的该变量之比等于计量数之比可知：△n（H₂）=3mol，则平衡时，氢气的物质的量为6mol-3mol=3mol，故氢气的平衡浓度为$\frac{3mol}{2L}$=1.5mol/L；
平衡时，二氧化碳的转化率=$\frac{1mol}{2mol}×100%$=50%．
故答案为：0.025mol•L^-1•min^-1，1.5 mol•L^-1，50%．
③容器为恒容，通入氢气，则氢气的浓度增大，反应速率加快，故答案为：增大．

点评 本题考查了反应达平衡的标志和利用三段式来求算反应速率、平衡浓度和转化率，综合性较强但难度不大．