Question

19．工業(yè)燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量氮氧化物（NO_x）、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(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用．
Ⅰ．脫硝：催化劑存在下，H₂還原NO₂生成水蒸氣和其它無毒物質(zhì)的化學(xué)方程式為4H₂+2NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O．
Ⅱ．脫碳：向2L密閉容器中加入2mol CO₂、6mol H₂，在恒溫恒容的條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0
（1）下列敘述能說明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是bce．
a．單位時間內(nèi)生成n mol CH₃OH的同時生成n mol H₂O
b．CO₂和H₂的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)保持不變
c．CO₂和H₂的濃度保持不變
d．混合氣體的密度保持不變
e．生成1mol CO₂生成的同時有3mol H-H鍵斷裂
（2）該反應(yīng)過程中部分?jǐn)?shù)據(jù)見下表：

反應(yīng)時間	CO2 （mol）	H2 （mol）	CH3OH （mol）	H2O （mol）
0min	2	6	0	0
10min		4.5
20min	1
30min			1

①20min時，反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)？是（填“是”或“否”）．
簡述理由：20min時，n（CH₃OH）為1mol，與30min時相同．
②前10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）=0.025mol•L^-1•min^-1；
平衡時c（H₂）=1.5mol/L；平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%．
③在其它條件不變下，若20min時向該密閉容器中通入1mol H₂，此時該反應(yīng)速率將增大（填“增大”或“減小”）．

Answer 1

分析 Ⅰ．在催化劑存在下，用H₂還原NO₂可生成水蒸氣和其它無毒物質(zhì)，應(yīng)生成氮?dú)馀c水；
Ⅱ．（1）可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達(dá)平衡；
（2）①求出20min時甲醇的物質(zhì)的量，與30min時做比較；
②根據(jù)三段式來求解；
③容器為恒容，通入氫氣，則氫氣的濃度增大，據(jù)此分析．

解答 解：Ⅰ．在催化劑存在下，用H₂還原NO₂可生成水蒸氣和其它無毒物質(zhì)，應(yīng)生成氮?dú)馀c水，反應(yīng)方程式為：4H₂+2NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O，故答案為：4H₂+2NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O；
Ⅱ．（1）a．單位時間內(nèi)生成n mol CH₃OH的同時生成n mol H₂O是一定，即使反應(yīng)未達(dá)平衡也是如此，故不能作為平衡的標(biāo)志，故a錯誤；
b．在反應(yīng)未平衡時，CO₂和H₂在混合物中的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)一直降低，當(dāng)保持不變時，說明反應(yīng)達(dá)平衡，故b正確；
c．在反應(yīng)未平衡時，CO₂和H₂的濃度一直在降低，則當(dāng)兩者濃度不變時，說明反應(yīng)達(dá)平衡，故c正確；
d．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體密度為定值，故d錯誤，
e.1mol CO₂生成的同時有3mol H-H鍵斷裂，而斷裂3molH-H鍵同時有1molCO₂消耗，CO₂的消耗速率與生成速率相等，反應(yīng)到達(dá)平衡，故e正確；
故選：bce；
（2）
①CO₂和氫氣的初始物質(zhì)的量分別為2mol和6mol，而20min時，CO₂的物質(zhì)的量為1mol，則△n（CO₂）=1mol，根據(jù)物質(zhì)的量的該變量之比等于計(jì)量數(shù)之比可知，
△n（CH₃OH）=1mol，即此時甲醇的物質(zhì)的量也為1mol，而和30min時甲醇的物質(zhì)的量相同，故在20min時反應(yīng)達(dá)平衡，故答案為：是，20min時，n（CH₃OH）為1mol，與30min時相同；
②CO₂和氫氣的初始物質(zhì)的量分別為2mol和6mol，而10min時，氫氣為4.5mol，根據(jù)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
根據(jù)物質(zhì)的量的該變量之比等于計(jì)量數(shù)之比可知：△n（CH₃OH）=1.5mol÷3=0.5mol，故10min時間段內(nèi)v（CH₃OH）=$\frac{0.5mol}{\frac{2L}{10min}}$=0.025mol•L^-1•min^-1；
反應(yīng)在20min時達(dá)平衡．由于CO₂和氫氣的初始物質(zhì)的量分別為2mol和6mol，而20min時，二氧化碳為1mol，根據(jù)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         
根據(jù)物質(zhì)的量的該變量之比等于計(jì)量數(shù)之比可知：△n（H₂）=3mol，則平衡時，氫氣的物質(zhì)的量為6mol-3mol=3mol，故氫氣的平衡濃度為$\frac{3mol}{2L}$=1.5mol/L；
平衡時，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率=$\frac{1mol}{2mol}×100%$=50%．
故答案為：0.025mol•L^-1•min^-1，1.5 mol•L^-1，50%．
③容器為恒容，通入氫氣，則氫氣的濃度增大，反應(yīng)速率加快，故答案為：增大．

點(diǎn)評 本題考查了反應(yīng)達(dá)平衡的標(biāo)志和利用三段式來求算反應(yīng)速率、平衡濃度和轉(zhuǎn)化率，綜合性較強(qiáng)但難度不大．