工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等气体，严...

工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等气体，严重污染空气。通过对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。

（1）已知：H2的燃烧热为285.8 kJ·mol－1 H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44 kJ/mol

N2(g)＋2O2(g)＝2NO2(g) ΔH＝＋133 kJ/mol

①在催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和另一种无毒物质的热化学方程式为：___________________________________。

②反应2NO2(g )＝N2(g)＋2O2(g)，设起始时容器中只有NO2，平衡时三种物质的物质的量与温度关系如图所示。

则A点时，NO2的转化率为_______________。

B点时，设容器的总压为a Pa，则平衡常数Kp为____（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。

（2）向2 L密闭容器中加入2 mol CO2和6 mol H2，在适当的催化剂作用下，下列反应能自发进行：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g) ＋H2O(g)。

①该反应ΔH_______0（填“>”、“<”或“=”）

②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是____________。（填字母）

a.混合气体的平均相对分子质量保持不变

b.1 mol CO2生成的同时有3 mol H—H键断裂

c.CO2的转化率和H2的转化率相等

d.混合气体的密度保持不变

③反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，在起始温度（T1℃）、体积相同（2L）的两密闭容器中，改变条件，反应过程中部分数据见下表：

	反应时间	CO2/mol	H2/mol	CH3OH/mol	H2O/mol
反应Ⅰ：恒温恒容	0 min	2	6	0	0
10 min		4.5
20 min	1
30 min			1
反应Ⅱ：绝热恒容	0 min	0	0	2	2

反应Ⅰ，前10min内的平均反应速率v(CH3OH)＝____________。达到平衡时，反应Ⅰ、Ⅱ对比：平衡常数K(I)____________K(II)（填“>”、“<”或“＝”）；平衡时CH3OH的浓度c(I)____________c(II)（填“>”、“<”或“＝”）。

4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g) △H＝-1100.2kJ·mol-1 50% a Pa < a b 0.025 mol·L-1 ·min-1 > > 【解析】（1）①已知：H2的燃烧热为285.8kJ•mol-1，则H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ•mol-1，又因为H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44 kJ/mol，N2(g)＋2O2(g)＝2NO2(g) ΔH＝＋133kJ/mol，上述三个方程式分别标为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，根据盖斯定律，Ⅰ×4-Ⅱ×4-Ⅲ可得到在催化剂存在下H2还原NO2生成水蒸气和其它无毒物质的热化学方程式4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g) △H＝-1100.2kJ•mol-1。②根据化学方程式及图示数据，A点时NO2是10mol，O2是10mol，N2是5mol，所以NO2初始物质的量是20mol，则NO2的转化率为50%；B点时NO2和N2物质的量相等，设为xmol，则O2是2xmol，因为容器的总压为a Pa，所以NO2和N2的分压都是a Pa，O2的分压是a Pa，则平衡常数Kp===a Pa。（2）①由方程式可看出该反应∆S<0，因为反应能自发进行，所以∆H-T∆S<0，则∆H<0。②a项，混合气体的平均相对分子质量=气体总质量÷物质的量，该反应的反应物和生成物都是气体，物质的量变化，根据质量守恒定律，所以混合气体的平均相对分子质量变化，则当混合气体的平均相对分子质量保持不变时，达到了平衡状态，故a正确；b项，1molCO2生成同时有3molH-H键断裂，即消耗3molH2，根据化学反应方程式，能说明正逆反应速率相等，则达到了平衡状态，故b正确；c项，开始充入2molCO2和6molH2，投料比等于化学方程式系数比，CO2和H2的转化率始终相等，不能说明正逆反应速率相等，不一定达到平衡状态，故c错误；d项，混合气体的密度等于气体质量和体积的比值，反应前后质量守恒，体积不变，所以密度始终不变，密度保持不变时不一定是平衡状态，故d错误。③由表中数据可知，反应Ⅰ前10min内反应的H2为：(6-4.5)mol=1.5mol，根据化学方程式可得，生成CH3OH为：1.5mol÷3=0.5mol，前10min内的平均反应速率v(CH3OH)=0.5mol÷2L÷10min=0.025 mol•L-1•min-1；前面已知该反应∆H<0，为放热反应，又因为反应Ⅰ为恒温恒容条件，反应Ⅱ为绝热恒容条件，所以反应Ⅱ相当于升温，化学平衡常数减小，故K(I)>K(II)；反应Ⅱ中若把CH3OH和H2O(g)的初始物质的量全部转化为CO2和H2，与反应Ⅰ初始物质的量对应相等，但反应Ⅱ温度高于反应Ⅰ，所以反应Ⅱ相当于在和反应Ⅰ等效的基础上又升高温度，平衡逆向移动，故平衡时CH3OH的浓度c(I)>c(II)。

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考点分析：

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尿素[CO(NH2)2]是含氮量最高的氮肥。

（1）已知工业上合成尿素的反应分为如下两步：

第1步：2NH3(1)+CO2(g)H2NCOONH4(1) ΔH1=-330.0kJ•mol-1

第2步：H2NCOONH4(1)H2O(1)+CO(NH2)2(1) ΔH2=+226.3kJ•mol-1

则下列各图能正确表示尿素合成过程中能量变化曲线的是___(填字母编号)。

A. B.

C. D.

（2）一定条件下工业合成尿素的总反应：CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(g)+H2O(g)，t℃时，向容积恒定为2L的密闭容器中加入0.20molCO2和0.80molNH3，反应中CO2的物质的量随时间变化如下表所示：

时间/min	0	40	70	80	100
n(CO2)/mol	0.20	012	0.10	0.10	0.10

①前40min内v(NH3)=___，此温度下该反应的平衡常数为___。

②30min时v正(CO2)___80min时v逆(H2O)(选填“>”，“=”或“<”)。

③在100min时，保持其它条件不变，再向容器中充入0.10molCO2和0.40molNH3，重新建立平衡后CO2的转化率与原平衡相比将___(填“增大”、“不变”或“减小”)。

④氨碳比[]对合成尿素有影响，恒温恒容条件下将总物质的量为3mol的NH3和CO2的混合气体按不同的氨碳比进行反应，结果如图1所示。a、b线分别表示CO2或NH3的转化率变化，c线表示平衡体系中尿素的体积分数变化[]=___时，尿素产量最大；经计算，图中y=___(精确到0.01)。

（3）工业生产中为提高尿素的产率可采取的措施有___。

（4）近期科学家发现微生物可将生产废水中的尿素直接转化为对环境友好的两种物质，其工作原理如图2所示。回答下列问题：

①N极为___板(填“正”或“负”)，M电极反应式___。

②N极消耗标准状况下336L气体时，M极理论上处理的尿素的质量为___g。

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一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收：2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(l) ΔH

（1）已知：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH1=-566kJ•mol-1；S(l)+O2(g)=SO2(g) ΔH2=-296 kJ•mol-1，则反应热ΔH=___kJ•mol-1。

（2）其他条件相同、催化剂不同时，SO2的转化率随反应温度的变化如图a所示。260℃时___(填“Fe2O3”、“NiO”或“Cr2O3”)作催化剂反应速率最快。Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高，不考虑价格因素，选择Fe2O3的主要优点是___。

（3）科研小组在380℃、Fe2O3作催化剂时，研究了不同投料比[n(CO)：n(SO2)]对SO2转化率的影响，结果如图b所示。请分析当n(CO)：n(SO2)=1：1时，SO2转化率接近50%的原因___。

（4）工业上还可用Na2SO3溶液吸收烟气中的SO2：Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3。某温度下用1.0mol•L-1Na2SO3溶液吸收纯净的SO2，当溶液中c(SO32-)降至0.2mol•L-1时，吸收能力显著下降，应更换吸收剂。此时溶液中c(HSO3-)约为___mol•L-1，溶液的pH=___。(已知该温度下亚硫酸的平衡常数Ka1=1.75×10-2，Ka2=1.25×10-7)