Question

(16分)工業(yè)燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量氮氧化物（NOx）、CO2、SO2等氣體，嚴(yán)重污染空氣。對(duì)廢氣進(jìn)行脫硝、脫碳和脫硫處理可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用。

Ⅰ．脫硝：已知：H2的熱值為142.9KJ·g-1

N2（g）+2O2（g）＝2NO2（g） △H＝+133kJ·mol-1

H2O（g）＝ H2O（l) △H＝-44kJ·mol-1

催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無毒物質(zhì)的熱化學(xué)方程式為 。

Ⅱ．脫碳：向2L密閉容器中加入2mol CO2、6mol H2，在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔孟�，發(fā)生反應(yīng)：

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

（1）①該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是 （填“低溫”、“高溫”或“任意溫度”）

②下列敘述能說明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是 。

a、混合氣體的平均式量保持不變

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、1mol CO2生成的同時(shí)有3mol H-H鍵斷裂

③CO2的濃度隨時(shí)間（0～t2）變化如下圖所示，在t2時(shí)將容器容積縮小一倍，t3時(shí)達(dá)到平衡，t4時(shí)降低溫度，t5時(shí)達(dá)到平衡，請(qǐng)畫出t2～t6 CO2的濃度隨時(shí)間的變化。

（2）改變溫度，使反應(yīng)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H＜0 中的所有物質(zhì)都為氣態(tài)。起始溫度體積相同（T1℃、2 L密閉容器）。反應(yīng)過程中部分?jǐn)?shù)據(jù)見下表：

	反應(yīng)時(shí)間	CO2（mol）	H2（mol）	CH3OH（mol）	H2O（mol）
反應(yīng)I 恒溫恒容	0 min	2	6	0	0
10min		4.5
20min	1
30min			1
反應(yīng)II 絕熱恒容	0 min	0	0	2	2

①達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)I、II對(duì)比：平衡常數(shù)K（I) K(II)（填“＞”、“＜”或“＝”下同）；平衡時(shí)CH3OH的濃度c(I) c(II)。

②對(duì)反應(yīng)I，前10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)＝ ，在其它條件不變下，若30min時(shí)只改變溫度為T2℃，此時(shí)H2的物質(zhì)的量為3.2mol，則T1 T2（填“＞”、“＜”或“＝”）。

若30min時(shí)只向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，則平衡 移動(dòng)（填“正向”、“逆向”或“不”）。

Answer 1

（16分）Ⅰ． 4H2（g）+2NO2（g）＝N2（g）+4H2O（g）△H＝-1100.2kJ·mol-1（共3分，方程式2分，但分子式錯(cuò)或無配平或無狀態(tài)，不給分，數(shù)據(jù)1分）

Ⅱ．（1）① 低溫（1分）

② d e（2分）

③ 圖像（共3分）t2起點(diǎn)1分，t3 到t4終點(diǎn)1分，t4以后符合變化趨勢(shì)即可1分

（圖中t3 到t4終點(diǎn)平衡線在0.5的線上，偏離大不給分，t4以后在0.5線以下，但不能到橫坐標(biāo)線上且有平衡線段，否則不給分）

（2）① ＜（1分） ＜（1分）

② 0.025mol ·L-1·min-1（1分） ＜（2分） 不（2分）

【解析】

試題分析：I、根據(jù)氫氣的熱值可書寫氫氣的熱化學(xué)方程式是2H2(g)+ O2（g）＝H2O（l) △H＝-142.9×4kJ/mol=-571.6kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，將已知熱化學(xué)方程式中的氧氣與液態(tài)水消去得到H2還原NO2生成水蒸氣和氮?dú)獾臒峄瘜W(xué)方程式，為4H2（g）+2NO2（g）＝N2（g）+4H2O（g）△H＝-1100.2kJ·mol-1；

II、（1）①該反應(yīng)的△S<0，所以若反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，則△H<0，因此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是低溫自發(fā)；

② a、該體系中的氣體只有二氧化碳和氫氣，且二者的起始物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以混合氣體的平均式量始終不變，不能判斷為平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；b、二氧化碳與氫氣始終是1：3的關(guān)系，所以CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)保持不變的狀態(tài)不是平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；c、二氧化碳與氫氣的起始物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以二者的轉(zhuǎn)化率一定相等，與是否達(dá)到平衡狀態(tài)無關(guān)，錯(cuò)誤；d 、因?yàn)樵擉w系中有液體參加，所以氣體的質(zhì)量在逐漸減少，則氣體的密度減小，達(dá)平衡時(shí)，保持不變，正確；e、1mol CO2生成的同時(shí)有3mol H-H鍵斷裂，符合正逆反應(yīng)速率相等，是平衡狀態(tài)，答案選de；

③在t2時(shí)將容器容積縮小一倍，二氧化碳的濃度瞬間增大到1mol/L，則壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)， t3時(shí)達(dá)到平衡，達(dá)到的平衡與原平衡相同，濃度仍是0.5mol/L；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，t4時(shí)降低溫度，則平衡正向移動(dòng)，t5時(shí)達(dá)到平衡，則二氧化碳的濃度將小于0.5mol/L，對(duì)應(yīng)的圖像見答案。

（2）①因?yàn)樯�成甲醇的反�?yīng)是放熱反應(yīng)，而反應(yīng)II是從逆反應(yīng)開始的，所以反應(yīng)吸熱，所以絕熱容器的溫度要低于恒溫容器，即反應(yīng)I溫度高于反應(yīng)II，溫度升高，放熱反應(yīng)的平衡常數(shù)減小，則K(I)<K(II)；

二者都是恒容條件，若是恒溫恒容，二者達(dá)到的平衡是等效平衡，甲醇的濃度相同，而反應(yīng)I溫度高于反應(yīng)II，所以反應(yīng)II需再降低溫度，而溫度降低，平衡正向移動(dòng)，則甲醇的濃度增大，平衡時(shí)CH3OH的濃度c(I)<c(II)；

②對(duì)反應(yīng)I，前10min內(nèi)氫氣的物質(zhì)的量減少6-4.5=1.5mol，則甲醇的物質(zhì)的量增加0.5mol，所以前10min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(CH3OH)＝0.5mol/2L/10min=0.025mol ·L-1·min-1；

30min時(shí)是平衡狀態(tài)，生成甲醇1mol，則消耗氫氣3mol，平衡氫氣的物質(zhì)的量是3mol，而改變溫度后氫氣的物質(zhì)的量變?yōu)?.2mol，物質(zhì)的量增大，說明平衡逆向移動(dòng)，因?yàn)樵摲磻?yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，則T1<T2；

若30min時(shí)只向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算該溫度下的平衡常數(shù)為K=1/6.75，此時(shí)Qc=1/6.75=K，所以平衡不移動(dòng)。

考點(diǎn)：考查化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，蓋斯定律的應(yīng)用，平衡移動(dòng)的應(yīng)用