Question

【題目】工業(yè)燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量NOx、CO、CO2等氣體，嚴(yán)重污染空氣，對(duì)廢氣進(jìn)行脫硝，脫碳等處理可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用。

Ⅰ、脫硝：

已知：①H2的熱值為142.9kJ/g（熱值是表示單位質(zhì)量的燃料完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時(shí)所放出的熱量）；

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(wú)毒物質(zhì)的熱化學(xué)方程式為：_______

Ⅱ、脫碳

（1）CO與空氣可設(shè)計(jì)成燃料電池（以熔融的碳酸鹽為電解質(zhì)）。寫出該電池的負(fù)極反應(yīng)式：_______。

（2）甲醇是一種可再生能源，工業(yè)上可用合成氣制備甲醇，反應(yīng)為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。某溫度下在容積為VL的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，其相關(guān)數(shù)據(jù)戔右圖；反應(yīng)開(kāi)始至平衡時(shí)，用H2表示化學(xué)反應(yīng)速率為________。該溫度下CO的平衡轉(zhuǎn)化率為_________。

（3）向1L密閉容器中加入1molCO2、3molH2，在適當(dāng)?shù)臈l件下，發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g).

①下列敘述能說(shuō)明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是___________。

a.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變

b.CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)保持不變

c.CO2和H2的轉(zhuǎn)化率相等

d.混合氣體的密度保持不變

e.1molCO2生成的同時(shí)又3molH-H鍵斷裂

②相同條件下，在容積都為1L且固定的兩個(gè)密閉容器中，按如下方式加入反應(yīng)物，一段時(shí)間后反應(yīng)達(dá)到平衡。

容器	甲	乙
反應(yīng)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(qiáng)為開(kāi)始的0.6倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時(shí)維持化學(xué)反應(yīng)向逆向反應(yīng)方向進(jìn)行，則b的取值可能為_________（填序號(hào)）

a.0.7 b.0.9 c.1.2

若保持溫度不變，起始加入0.5molCO2、0.5molH2、0.5molCH3OH(g)、0.5molH2O(g) 則此反應(yīng)速率的關(guān)系：v正__________v逆。（填“>”、“<”或“=”）

Answer 1

【答案】 4H2(g ) + 2NO2( g)=N2(g ) + 4H2O(g) ΔH=- 1100.2KJ/mol CO+CO32-—2e- =2CO2 0 .12 /Vmol ( L·min ) 60% a b e b >

【解析】Ⅰ、已知：①H2的熱值為142.9kJ/g 則 H2(g)+ O2(g)=H2O(l) ΔH1=-285.8kJ/mol；②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH2=+133kJ/mol；③H2O(g)=H2O(l) ΔH3=-44kJ/mol；根據(jù)蓋斯定律由①×4-②-③×4可得4H2(g)+2NO2(g) =2H2O(g)+N2(g)，ΔH=(-285.8kJ/mol)×4-(+133kJ/mol)-(-44kJ/mol)×4=- 1100.2kJ/mol，故此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為 4H2(g ) + 2NO2( g)=N2(g ) + 4H2O(g) ΔH=- 1100.2kJ/mol ；

Ⅱ(1)CO在負(fù)極反應(yīng)生成反應(yīng)，與負(fù)極周圍的CO32-結(jié)合生成CO2，反應(yīng)式為CO+CO32-—2e- =2CO2；

(2)反應(yīng)開(kāi)始至平衡時(shí)需要時(shí)間為10min，H2的變化物質(zhì)的量為2.0mol-0.8mol=1.2mol，則用H2表示化學(xué)反應(yīng)速率為=0 .12 /Vmol ( L·min ) ；至平衡時(shí)CO的變化物質(zhì)的量為1.0mol-0.4mol=0.6mol，該溫度下CO的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%=60%；

(3)向1L密閉容器中加入1molCO2、3molH2，在適當(dāng)?shù)臈l件下，發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g).

①a.混合氣體的總質(zhì)量始終不變，氣體的物質(zhì)的量總和在變化，則混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變時(shí)說(shuō)明氣體的物質(zhì)的量總和不在變化，說(shuō)明是平衡狀態(tài)，故a正確；b.CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)保持不變，CO2和H2的量不再變化，說(shuō)明是平衡狀態(tài)，故b正確；c.CO2和H2的變化量和起始量始終是1:3，則CO2和H2的轉(zhuǎn)化率始終相等，不能說(shuō)明是平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；d.混合氣體的體積和質(zhì)量始終不變，密度保持不變，不能說(shuō)明是平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤；e.1molCO2生成說(shuō)明同時(shí)生成3molH-H鍵，此時(shí)3molH-H鍵斷裂，說(shuō)明是平衡狀態(tài)，故e正確；，故答案為abe；

②設(shè)平衡時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化了xmol，　　　　　　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，開(kāi)始1(mol)：1　　 3 0 0變化1(mol)：x3x xx平衡1(mol)：1-x 3-3x xx開(kāi)始2　　　 a3a b b則由題意可知： =0.6，解得x=0.8，根據(jù)恒溫恒容條件下的等效平衡的思想則有開(kāi)始1和開(kāi)始2為完全等效，即a+b=1，要使反應(yīng)始終向逆向進(jìn)行，則b＞x，故b的范圍為1≥b＞0.8，符合題意的b可能為0.9，答案為b。此溫度下的平衡常數(shù)K==14.8；若保持溫度不變，起始加入0.5molCO2、0.5molH2、0.5molCH3OH(g)、0.5molH2O(g) 則Qc==4＜K，說(shuō)明此時(shí)反應(yīng)正向進(jìn)行，即v正＞v逆。