Question

【題目】工業(yè)燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量氮氧化物（NOx）、CO2、SO2等氣體，嚴(yán)重污染空氣。對(duì)廢氣進(jìn)行脫硝、脫碳和脫硫處理可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用。

Ⅰ．脫硝：已知：H2的燃燒熱為285.8kJ·mol-1

N2（g）+2O2（g）＝2NO2（g） △H＝+133kJ·mol-1

H2O（g）＝ H2O（l) △H＝-44kJ·mol-1

催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無(wú)毒物質(zhì)的熱化學(xué)方程式為______________。

Ⅱ．脫碳：向2L密閉容器中加入2mol CO2、6mol H2，在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔孟�，發(fā)生反應(yīng)：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(l)+H2O(l)

（1）①該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是____（填“低溫”、“高溫”或“任意溫度”）

②下列敘述能說(shuō)明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是____。

a、混合氣體的平均式量保持不變 b、CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)保持不變

c、CO2和H2的轉(zhuǎn)化率相等 d、混合氣體的密度保持不變

e、1molCO2生成的同時(shí)有3mol H-H鍵斷裂

（2）產(chǎn)物甲醇可以用作燃料電池，該電池是采用鉑或碳化鎢作為電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，同時(shí)向一個(gè)電極通入空氣。負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式是____________。

（3）資源化利用二氧化碳不僅可減少溫室氣體的排放，還可重新獲得燃料或重要工業(yè)產(chǎn)品。

在一定條件下，二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)如下：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) 其平衡常數(shù)表達(dá)式為_____________________________。

向一容積為2 L的恒容密閉容器中充人一定量的CO2和H2，300℃時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為：CO2：0.2 mol·L一1，H2：0.8 mol·L一1，CH4：0.8 mol·L一1，

H2O：1.6 mol·L一1。

則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為________。300 ℃時(shí)上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___________。200℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64.8，則該反應(yīng)的△H_____ O (填“＞”或“<”)。

Answer 1

【答案】 4H2（g）+2NO2（g）＝N2（g）+4H2O（g）△H＝-1100.2kJ·mol-1 低溫 d e CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ 80% 25 ＜

【解析】I、已知：H2的燃燒熱為285.8 kJmol﹣1，①H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJmol﹣1 ，②N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+133kJmol-1，

③H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJmol-1，

①×4-②-③×4得到催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無(wú)毒物質(zhì)的熱化學(xué)方程式為4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=-1100.2kJmol-1；

Ⅱ．（1）①CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l），熵變△S＜0，則反應(yīng)焓變△H＜0，低溫下滿足△H-T△S＜0，答案為：低溫；②CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l），a、混合氣體的平均式量始終保持不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；b、向2L密閉容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1：3反應(yīng)，所以過(guò)程中CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)始終保持不變，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；c、向2L密閉容器中加入2mol CO2、6mol H2，按照1：3反應(yīng)，CO2和H2的轉(zhuǎn)化率始終相等，不能確定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，選項(xiàng)c錯(cuò)誤；d、反應(yīng)物是氣體，生成物是液體，混合氣體的密度保持不變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，選項(xiàng)d正確；e、1mol CO2生成的同時(shí)有3mol H-H鍵斷裂，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，選項(xiàng)e正確；答案選de；（2）甲醇燃料電池實(shí)質(zhì)就是利用CH3OH燃料在氧氣中反應(yīng)來(lái)提供電能，CH3OH作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+；（3）CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) 平衡常數(shù)表達(dá)式為；

設(shè)起始時(shí)CO2和H2的物質(zhì)的量濃度分別為x、y；

CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）

起始濃度（mol/L） x y 0 0

變化濃度（mol/L） 0.8 3.2 0.8 1.6

平衡濃度（mol/L） 0.2 0.8 0.8 1.6

x=0.8 mol/L +0.2m mol/L =1 mol/L，y=3.2 mol/L +0.8 mol/L =4mol/L；

CO2的平衡轉(zhuǎn)化率=×100%=80%；根據(jù)平衡常數(shù)的含義可知平衡常數(shù)表達(dá)式K=；300℃時(shí)平衡常數(shù)為：=25，200℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64.8，說(shuō)明溫度升高，平衡常數(shù)減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，H<0。