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、CO、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：已知：H₂的燃烧热为285.8 kJ/mol

N₂(g) + 2O₂(g)= 2NO₂(g)    △H= +133 kJ/mol

H₂O(g) =H₂O(l)   　　　  △H=- 44 kJ/mol

催化剂存在下，H₂还原NO₂生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为_____________。

Ⅱ．脱碳：

（1）向2L恒容密闭容器中加入2 mol CO₂、6 mol H₂，在适当的催化剂作用下，发生反应 CO₂(g) + 3H₂(g) CH₃OH(l) + H₂O(l)。下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是__________________。

A．混合气体的平均式量保持不变          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．1 mol CO₂生成的同时有3 mol H—H键断裂

（2）在T₁℃时，体积为2L的恒容容器中充入物质的量之和为3mol的H₂和CO，发生反应CO(g) + 2H₂(g) CH₃OH(g)反应达到平衡时CH₃OH的体积分数（V%）与的关系如图所示。

①当起始=2，经过5min达到平衡，CO的转化率为0.4，则0～5min内平均反应速率V(H₂)=___________。若此时再向容器中加入CO（g）和CH₃OH（g）各0.4mol，达新平衡时H₂的转化率将__________（选填“增大”、“减小”或“不变”）；

②当起始=3．5时，达到平衡状态后，CH₃OH的体积分数可能是图象中的___________点（选填“D”、“E”或“F”）

Ⅲ．脱硫：

如图电解装置可将雾霾中的NO、SO₂分别转化为NH₄⁺和SO₄^2－。物质A的化学式为_____________，阴极的电极反应式是________________________。

Answer

4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g)△H= -1100.2kJ/mol DE 0.08mol/（L．min） 减小 F H2SO4 NO+6H++5e－=NH4++H2O

【解析】Ⅰ.已知:氢气的燃烧热为,①；②•③•，根据①②-③得到催化剂存在下，还原生成水蒸气和氮气的热化学方程式为4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g)△H= -1100.2kJ/mol ；正确答案: 4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g)△H=-1100.2kJ/mol。

Ⅱ．（1）该反应只有反应物为气体，生成物全部为液体，因此气体总质量与气体的总量成正比变化，混合气体的平均式量保持不变时，不能判断此反应达到平衡状态，A错误；向2L密闭容器中加入2 mol CO2、6 mol H2，按照反应，所以过程中和的体积分数始终保持不变，不能判断此反应达到平衡状态，B错误；向2L密闭容器中加入2 mol CO2、6 mol H2，按照反应，和的转化率始终相等，不能确定反应是否达到平衡状态，C错误；反应物是气体，生成物是液体，反应向右进行，气体总质量减小，气体体积不变，当混合气体的密度保持不变，说明反应达到平衡状态，D正确；生成的同时有键断裂，说明正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，E正确；正确选项：DE。

（2）根据题意可以知道,在T1℃时，体积为2L的恒容容器中充入的H2和CO的物质的量分别是2 mol 和1 mol ,即H2和CO的初始浓度分别为1mol/L和0.5mol/L,而经过达到平衡,CO的转化率为0.4,故有一氧化碳变化浓度为0.2 mol/L ,因为浓度的该变量之比等于计量数之比，可计算出氢气浓度的变化量0.4mol/L，甲醇浓度的变化量为0.2mol/L，根据三段式则有:

CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)

起始浓度 0.5 1 0

变化浓度 0.2 0.4 0.2

平衡浓度 0.3 0.6 0.2

则0～5min内平均反应速率V(H2)=0.4/5=0.08mol/（L．min）； 此温度下该反应的平衡常数为：0.2/0.3×(0.6)2=50/27；若此时再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，各物质浓度为：c(CO)=0.3+0.4/2=0.5 mol/L, c(H2)= 0.6 mol/L, c(CH3OH)= 0.2+0.4/2=0.4 mol/L,则浓度商QC=0.4/0.5×(0.6)2>50/27；平衡左移，H2的转化率将减小；正确答案：0.08mol/（L．min）；减小。

②混合比例等于化学计量数之比时,平衡时生成物的含量最大，故当起始=3．5时，,达到平衡状态后, CH3OH的体积分数小于C点，故选F；正确选项F。

Ⅲ．根据NO、SO2分别转化为NH4+和SO42－可知，NO被还原，SO2被氧化；电解池的阴极发生还原反应：NO得电子变为NH4+，极反应为：NO+6H++5e－=NH4++H2O；阳极极反应为：SO2-2 e－+2H2O= SO42－+4H+,根据两极反应可知，该反应最终产生硫酸，物质A的化学式为H2SO4；正确答案：H2SO4；NO+6H++5e－=NH4++H2O。