Question

工业燃烧煤、；石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NO_x)、CO₂、SO₂等气体，严重污染空气。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_。

Ⅰ脱硝：

己知：H₂的燃烧热为285.8kJ·mol^-1

N₂(g)+2O₂(g)=2NO₂(g)    △H=+l33kJ·mol^-1

H₂O(g)=H₂O(l)     △H=-44kJ·mol^-1

在催化剂存在下，H₂还原NO₂可生成水蒸气和其它无毒物质的热化学方程式为：____________。

Ⅱ.脱碳：在2L的密闭容器中充入2mo1 CO₂和6mol H₂，在适当的催化剂作用下发生反应：

CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(l)+H₂O(l)  △H<0

①该反应自发进行的条件是___________(填“”低温或“任意温度”)

②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是________(填字母)

a.混合气体的平均摩尔质量保持不变

b. CO₂和H₂的体积分数保持不变

c.CO₂和H₂的转化率相等

d. 混合气体的密度保持不变

e. 1mol CO₂生成的同时有3 mul H―H键断裂

③CO₂的浓度随时间(0～t₂)变化如下图所示，在t₂时将容器容积缩小一倍，t₃时达到平衡，请画出t₂～t₄CO₂浓度随时间的变化。______

(2)改变温度，使反应CO₂(g)+3H₂(g) CH₃OH(g)+H₂O(g)  △H<0中的所有物质都为气态。起始温度、体积相同（T₁℃、2L密闭容器）。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	0min	2	6	0	0
l0min		4.5
20min	1
30min			1
反应Ⅱ：绝热恒容	0min	0	0	2	2

① 达到平衡时，反应I、Ⅱ对比：平衡常数K(I)_____K(Ⅱ)(填“>”“<”或“=”下同）；平衡时CH₃OH的浓度 c(I)______c(Ⅱ)。

②对反应I，前10min内的平均反应速率v(CH₃OH)=_________。在其他条件不变的情况下，若30min时只改变温度T₂℃，此时H₂的物质的量为3.2mol，则T₁________T₂(填“>”“<”或“=”）。

Answer

4H2(g)+2NO2(g)= N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ·mol-1 低温 d e < < 0.025 mol·L-1·min-1 <

【解析】Ⅰ、①H2的燃烧热为285.8kJ·mol-1，H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H=-285.8KJ/mol

②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+l33kJ·mol-1；③H2O(g)=H2O(l) △H=-44kJ·mol-1，①×4-②-③×4得到催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和其它无毒物质的热化学方程式为4H2(g)+2NO2(g)= N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ·mol-1；

Ⅱ.Ⅱ．（1）①CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l），熵变△S＜0，则反应焓变△H＜0，低温下满足△H-T△S＜0，故答案为：低温；

②CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l），a、混合气体的平均式量始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故a错误； b、向2L密闭容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1：3反应，所以过程中CO2和H2的体积分数始终保持不变，故b错误；c、向2L密闭容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1：3反应，CO2和H2的转化率始终相等，不能确定反应是否达到平衡状态，故c错误；d、反应物是气体，生成物是液体，混合气体的密度保持不变，说明反应达到平衡状态，故d正确；e、1mol CO2生成的同时有3mol H-H键断裂，说明正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，故e正确；故选d e；

③在t2时将容器容积缩小一倍，压强增大，二氧化碳浓度增大，平衡正向进行，随后减小，t3时达到平衡，t4时降低温度，平衡正向进行，二氧化碳减小，反应速率减小，t5时达到平衡；图象t2起点二氧化碳浓度突然增大为1mol/L，随反应进行减小，图中t3 到t4终点平衡线在0.5的线上，t4t4以后在0.5线以下，但不能到横坐标线上且有平衡线段，图象为：，故t2～t4CO2浓度随时间的变化。

（2）①CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H＜0，反应Ⅰ是恒温恒容容器，Ⅱ为恒容绝热，反应是放热反应，图表中反应ⅠⅡ若恒温恒容达到相同平衡状态，Ⅱ为逆向恒容绝热，温度降低，平衡正向进行，平衡常数增大，甲醇浓度增大；故答案为：＜，＜；

②CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）

起始量（mol）  2        6         0         0

变化量（mol）  1        3         1         1

30min量（mol）  1       3        1        1

对反应I，前10min内的平均反应速率v（CH3OH）=1/3V（H2）=1/3×（6-4.5）mol2L10min=0.025mol•L-1•min-1；

若30min时只改变温度为T2℃，此时H2的物质的量为3.2mol，氢气增加，说明平衡逆向进行，温度升高T2＞T1，若30min时只向容器中再充入1mol CO2（g）和1mol H2O（g），对正逆反应的影响程度相同，平衡不变；故答案为：0.025mol•L-1•min-1 ，＜，不。

点睛：本题考查了热化学方程式书写，平衡影响因素分析判断，平衡计算的分析应用，注意恒温恒容和恒容绝热容器的分析判断，掌握基础是关键，题目难度中等。