13.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.對廢氣進(jìn)行脫硝、脫碳和脫硫處理可實現(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4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g)△H=-1100.2kJ•mol-1
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)行的條件是低溫(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de.
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生成的同時有3mol H-H鍵斷裂
③CO2的濃度隨時間(0~t2)變化如圖所示,在t2時將容器容積縮小一倍,t3時達(dá)到平衡,t4時降低溫度,t5時達(dá)到平衡,請畫出t2~t6CO2的濃度隨時間的變化.

(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℃、2L密閉容器).反應(yīng)過程中部分?jǐn)?shù)據(jù)見表:
反應(yīng)時間CO2(mol)H2(mol)CH3OH(mol)H2O(mol)
反應(yīng)I
恒溫恒容
0min2600
10min4.5
20min1
30min1
反應(yīng)II
絕熱恒容
0min0022
①達(dá)到平衡時,反應(yīng)I、II對比:平衡常數(shù)K(I)<K(II)(填“>”、“<”或“=”下同);平衡時CH3OH的濃度c(I)<c(II).
②對反應(yīng)I,前10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)=0.025mol•L-1•min-1,在其它條件不變下,若30min時只改變溫度為T2℃,此時H2的物質(zhì)的量為3.2mol,則T1<T2(填“>”、“<”或“=”).
若30min時只向容器中再充入1mol CO2(g)和1mol H2O(g),則平衡不移動(填“正向”、“逆向”或“不”).

分析 Ⅰ、依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算所得熱化學(xué)方程式;
Ⅱ、(1)①自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S<0,結(jié)合反應(yīng)特征分析判斷需要的條件;
②平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同,個組分含量保持不變,原則是變量不變分析選項;
③圖象t2起點,t3 到t4終點,t4以后符合變化趨勢即可,在t2時將容器容積縮小一倍,壓強(qiáng)增大,二氧化碳濃度增大,平衡正向進(jìn)行,隨后減小,t3時達(dá)到平衡,t4時降低溫度,平衡正向進(jìn)行,二氧化碳減小,反應(yīng)速率減小,t5時達(dá)到平衡;
(2)①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H<0,反應(yīng)Ⅰ是恒溫恒容容器,Ⅱ為恒容絕熱,反應(yīng)是放熱反應(yīng),圖表中反應(yīng)ⅠⅡ若恒溫恒容達(dá)到相同平衡狀態(tài),Ⅱ為逆向恒容絕熱,溫度降低,平衡正向進(jìn)行,平衡常數(shù)增大,甲醇濃度增大;
②反應(yīng)速率V=$\frac{△c}{△t}$計算得到氫氣反應(yīng)速率,速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比計算甲醇反應(yīng)速率;依據(jù)平衡三段式列式計算分析平衡狀態(tài)的物質(zhì)的量.

解答 解:Ⅰ. 已知:H2的熱值為142.9KJ•g-1 ,燃燒熱為285.8KJ/mol,
①H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(l)△H=-285.8KJ/mol
②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=+133kJ•mol-1
③H2O(g)=H2O(l)△H=-44kJ•mol-1
①×4-②-③×4得到催化劑存在下,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4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g)△H=-1100.2kJ•mol-1;
故答案為:4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g)△H=-1100.2kJ•mol-1
Ⅱ.(1)①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(l)+H2O(l),熵變△S<0,則反應(yīng)焓變△H<0,低溫下滿足△H-T△S<0
故答案為:低溫;
②CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(l)+H2O(l),
a、混合氣體的平均式量始終保持不變,不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),故a錯誤;
b、向2L密閉容器中加入2mol CO2、6mol H2,按照1:3反應(yīng),所以過程中CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)始終保持不變,故b錯誤;
c、向2L密閉容器中加入2mol CO2、6mol H2,按照1:3反應(yīng),CO2和H2的轉(zhuǎn)化率始終相等,不能確定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài),故c錯誤;
d、反應(yīng)物是氣體,生成物是液體,混合氣體的密度保持不變,說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),故d正確;
e、1mol CO2生成的同時有3mol H-H鍵斷裂,說明正逆反應(yīng)速率相同,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),故e正確;
故答案為:de;
③在t2時將容器容積縮小一倍,壓強(qiáng)增大,二氧化碳濃度增大,平衡正向進(jìn)行,隨后減小,t3時達(dá)到平衡,t4時降低溫度,平衡正向進(jìn)行,二氧化碳減小,反應(yīng)速率減小,t5時達(dá)到平衡;
圖象t2起點二氧化碳濃度突然增大為1mol/L,隨反應(yīng)進(jìn)行減小,圖中t3 到t4終點平衡線在0.5的線上,t4t4以后在0.5線以下,但不能到橫坐標(biāo)線上且有平衡線段,圖象為:

故答案為:
(2)①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H<0,反應(yīng)Ⅰ是恒溫恒容容器,Ⅱ為恒容絕熱,反應(yīng)是放熱反應(yīng),圖表中反應(yīng)ⅠⅡ若恒溫恒容達(dá)到相同平衡狀態(tài),Ⅱ為逆向恒容絕熱,溫度降低,平衡正向進(jìn)行,平衡常數(shù)增大,甲醇濃度增大;
故答案為:<,<;
②CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol) 2 6 0 0
變化量(mol) 1 3 1 1
30min量(mol) 1 3 1 1
對反應(yīng)I,前10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)=$\frac{1}{3}$V(H2)=$\frac{1}{3}$×(6-4.5)mol2L10min=0.025mol•L-1•min-1;
若30min時只改變溫度為T2℃,此時H2的物質(zhì)的量為3.2mol,氫氣增加,說明平衡逆向進(jìn)行,溫度升高T2>T1,
                  CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol/L)1         3              0                  0
變化量(mol/L)0.5     1.5            0.5               0.5
30min量(mol/L)0.5  1.5            0.5               0.5
濃度商Q1=$\frac{0.5×0.5}{0.5×1.{5}^{3}}$=$\frac{0.5}{1.{5}^{3}}$
若30min時只向容器中再充入1mol CO2(g)和1mol H2O(g),
                    CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)
      (mol/L)1              1.5            0.5               1
濃度商Q2=$\frac{1×0.5}{1×1.{5}^{3}}$=$\frac{0.5}{1.{5}^{3}}$=Q1,
所以平衡不移動;
故答案為:0.025mol•L-1•min-1 ,<,不.

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫,平衡影響因素分析判斷,平衡計算的分析應(yīng)用,注意恒溫恒容和恒容絕熱容器的分析判斷,掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵,題目難度中等.

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