Question

工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量NO_x、CO、CO₂等气体，严重污染空气，对废气进行脱硝，脱碳等处理可实现绿色环保、废物利用。

Ⅰ、脱硝：

已知：①H₂的热值为142.9kJ/g（热值是表示单位质量的燃料完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量）；

②N₂(g)+2O₂(g)=2NO₂(g)   ΔH=+133kJ/mol

③H₂O(g)=H₂O(l)   ΔH=-44kJ/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）CO与空气可设计成燃料电池（以熔融的碳酸盐为电解质）。写出该电池的负极反应式：_______。

（2）甲醇是一种可再生能源，工业上可用合成气制备甲醇，反应为CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)。某温度下在容积为VL的密闭容器中进行反应，其相关数据戔右图；反应开始至平衡时，用H2表示化学反应速率为________。该温度下CO的平衡转化率为_________。

（3）向1L密闭容器中加入1molCO₂、3molH₂，在适当的条件下，发生反应CO₂(g)+3H₂(g) CH₃OH(g)+H₂O(g).

①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.1molCO₂生成的同时又3molH-H键断裂

②相同条件下，在容积都为1L且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后反应达到平衡。

容器	甲	乙
反应物投入量	1mol CO2、3molH2	amol CO2、3amolH2 bmolCH3OH(g)、bmolH2O(g)

若甲中平衡后气体的压强为开始的0.6倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆向反应方向进行，则b的取值可能为_________（填序号）

a.0.7           b.0.9          c.1.2

若保持温度不变，起始加入0.5molCO₂、0.5molH₂、0.5molCH₃OH(g)、0.5molH₂O(g) 则此反应速率的关系：v_正__________v_逆。（填“>”、“<”或“=”）

Answer

4H2(g ) + 2NO2( g)=N2(g ) + 4H2O(g) ΔH=- 1100.2KJ/mol CO+CO32-—2e- =2CO2 0 .12 /Vmol ( L·min ) 60% a b e b >

【解析】Ⅰ、已知：①H2的热值为142.9kJ/g 则 H2(g)+ O2(g)=H2O(l) ΔH1=-285.8kJ/mol；②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH2=+133kJ/mol；③H2O(g)=H2O(l) ΔH3=-44kJ/mol；根据盖斯定律由①×4-②-③×4可得4H2(g)+2NO2(g) =2H2O(g)+N2(g)，ΔH=(-285.8kJ/mol)×4-(+133kJ/mol)-(-44kJ/mol)×4=- 1100.2kJ/mol，故此反应的热化学方程式为 4H2(g ) + 2NO2( g)=N2(g ) + 4H2O(g) ΔH=- 1100.2kJ/mol ；

Ⅱ(1)CO在负极反应生成反应，与负极周围的CO32-结合生成CO2，反应式为CO+CO32-—2e- =2CO2；

(2)反应开始至平衡时需要时间为10min，H2的变化物质的量为2.0mol-0.8mol=1.2mol，则用H2表示化学反应速率为=0 .12 /Vmol ( L·min ) ；至平衡时CO的变化物质的量为1.0mol-0.4mol=0.6mol，该温度下CO的平衡转化率为×100%=60%；

(3)向1L密闭容器中加入1molCO2、3molH2，在适当的条件下，发生反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g).

①a.混合气体的总质量始终不变，气体的物质的量总和在变化，则混合气体的平均相对分子质量保持不变时说明气体的物质的量总和不在变化，说明是平衡状态，故a正确；b.CO2和H2的体积分数保持不变，CO2和H2的量不再变化，说明是平衡状态，故b正确；c.CO2和H2的变化量和起始量始终是1:3，则CO2和H2的转化率始终相等，不能说明是平衡状态，故c错误；d.混合气体的体积和质量始终不变，密度保持不变，不能说明是平衡状态，故d错误；e.1molCO2生成说明同时生成3molH-H键，此时3molH-H键断裂，说明是平衡状态，故e正确；，故答案为abe；

②设平衡时二氧化碳转化了xmol，   CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，开始1(mol)：1     3     0     0变化1(mol)：x     3x    x     x平衡1(mol)：1-x     3-3x  x     x开始2   a      3a    b     b则由题意可知： =0.6，解得x=0.8，根据恒温恒容条件下的等效平衡的思想则有开始1和开始2为完全等效，即a+b=1，要使反应始终向逆向进行，则b＞x，故b的范围为1≥b＞0.8，符合题意的b可能为0.9，答案为b。此温度下的平衡常数K==14.8；若保持温度不变，起始加入0.5molCO2、0.5molH2、0.5molCH3OH(g)、0.5molH2O(g) 则Qc==4＜K，说明此时反应正向进行，即v正＞v逆。

点睛：盖斯定律是指化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的；即化学反应热只与其反应的始态和终态有关，而与具体反应进行的途径无关；盖斯定律的基本使用方法：①写出目标方程式；②确定“过渡物质”(要消去的物质)；③用消元法逐一消去“过渡物质”。