Question

（12分）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：已知：H₂的燃烧热为285.8kJ·mol^－1

N₂(g)+2O₂(g)=2NO₂(g)    △H=+133kJ·mol^－1

H₂O(g)=H₂O(l)           △H=－44 kJ·mol^－1

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          。

Ⅱ、脱碳：向2L密闭容器中加入2mol CO₂、6mol H₂，在适当的催化剂作用下，发生反应：

CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(l)+H₂O(l)

（1）①该反应自发进行的条件是         （填“低温”、“高温”或“任意温度”）

②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是         。

a．混合气体的平均相对分子质量保持不变         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3mol H—H键断裂

③ CO₂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，t₄时降低温度，t₅时达到平衡，请画出t₂～t₆ CO₂的浓度随时间的变化。

（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。起始温度和体积均相同（T₁℃、2 L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
10min		4.5
20min	1
30min			1
反应II	绝热恒容	0min	0	0	2	2

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)。

Answer

Ⅰ、4 H2(g)+2 NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ/mol；（2）①低温；②de；

③；

（2）＜；＜。

【解析】

试题分析：Ⅰ． 已知：H2的燃烧热为285.8kJ·mol－1①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=-285.8KJ/mol ②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+133kJ/mol ③H2O(g)=H2O(l) △H=－44 kJ/mol。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4 H2(g)+2 NO2(g)= N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ/mol；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，反应就可以自发进行；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，错误；B．向2L密闭容器中加入2molCO2(g)、6molH2(g)，按照1：3反应，所以过程中CO2(g)和H2(g)的体积分数始终保持不变，错误；C．向2L密闭容器中加入2molCO2(g)、6molH2(g)，按照1：3反应，CO2(g)和H2(g)的转化率始终相等，不能确定反应是否达到平衡状态，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，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，正确；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，t4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：

（2）CO2(g) +3H2(g)═CH3OH(l)+H2O(l)△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Ⅰ、Ⅱ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。

考点：考查热化学方程式书写、平衡影响因素分析判断，平衡计算的分析应用的知识。