【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的燃燒熱ΔH=-285.8kJ/mol

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毒物質(zhì)的熱化學(xué)方程式為: ________。

Ⅱ、脫碳

工業(yè)上可用CO或CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示:

化學(xué)反應(yīng)

平衡常數(shù)

500℃

800℃

①2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)

K1

2.5

0.15

②H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g)

K2

1.0

2.50

③3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

K3

(1)某溫度下在容積為2L的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)①,其相關(guān)數(shù)據(jù)如圖;反應(yīng)開始至平衡

①用H2表示化學(xué)反應(yīng)速率為________。

②5min時(shí)改變的反應(yīng)條件可能是____________。

A. 縮小容器體積

B. 使用催化劑

C. 降低溫度

D.充入氮?dú)?/span>

(2)若向2L密閉容器中加入1molCO2、3molH2,發(fā)生上述反應(yīng)③。

①下列情況能說明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是________(填字母)。

A.容器內(nèi)氣體密度不變 B.容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)保持不變

C.絕熱恒容時(shí),平衡常數(shù)不變 D.v(CH3OH)=3v(H2)

②據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系,則K3_______(用K1、K2表示),該反應(yīng)的△H_____0(填“>”或“=”或“<”)。

③500℃時(shí)測得反應(yīng)③在某時(shí)刻起始加入0.5molCO2、1molH2、0.5molCH3OH(g)、1molH2O(g) 則此反應(yīng)速率的關(guān)系:v__________v。(填“>”、 “=” 或“<”)

④相同條件下,在容積都為2L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

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的取值范圍為_________(a、b均不為0)。

【答案】 4H2(g ) + 2NO2( g)=N2(g ) + 4H2O(g) ΔH=- 1100.2kJ/mol 0.06 mol ·L-1·min-1 A B BC K1·K2 < < 0.8

【解析】、已知:H2的燃燒熱為ΔH=-285.8kJ/mol, H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8kJ/mol;N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+133kJ/mol;H2O(g)=H2O(l) ΔH3=-44kJ/mol;根據(jù)蓋斯定律由①×4--×4可得4H2(g)+2NO2(g) =4H2O(g)+N2(g),ΔH=(-285.8kJ/mol)×4-(+133kJ/mol)-(-44kJ/mol)×4=-1100.2kJ/mol,所以反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為 4H2(g ) + 2NO2( g)=N2(g ) + 4H2O(g) ΔH=-1100.2kJ/mol;

Ⅱ、(1)反應(yīng)開始至平衡時(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 .06 mol ( L·min ) ;②5min時(shí)曲線的斜率變大,這說明反應(yīng)速率加快,因此改變的反應(yīng)條件可能是縮小容器體積或使用催化劑,降低溫度反應(yīng)速率減小,充入氮?dú)夥磻?yīng)速率不變,答案選AB;(2)①A. 混合氣體的體積和質(zhì)量始終不變,密度保持不變,不能說明是平衡狀態(tài),A錯(cuò)誤;B.正反應(yīng)體積減小,則容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)保持不變說明是平衡狀態(tài),B正確;C.絕熱恒容時(shí),平衡常數(shù)不變,說明溫度不變,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),C正確;D.v(CH3OH)=3v(H2)不能滿足正逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài),D錯(cuò)誤,答案選BC;②根據(jù)蓋斯定律可知①+②即得到反應(yīng)③,所以K3=K1·K2,根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知升高溫度K3減小,說明平衡向逆反應(yīng)方向減小,則該反應(yīng)的△H<0。③500℃時(shí)測得反應(yīng)③在某時(shí)刻起始加入0.5molCO2、1molH2、0.5molCH3OH(g)、1molH2O(g) 則此時(shí)濃度熵為大于2.5,所以反應(yīng)向逆反應(yīng)方向減小,因此v<v。④設(shè)平衡時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化了x mol,

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

開始(mol):1 3 0 0

變化(mol):x 3x x x

平衡(mol):1-x 3-3x x x

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甲和乙為完全等效,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0.8

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