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．
（1）Ⅰ．脫硝： 已知：H2的燃燒熱為285.8kJmol﹣1
N2（g）+2O2（g）═2NO2（g）△H=+133kJmol﹣1
H2O（g）═H2O（l）△H=﹣44kJmol﹣1
催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其他無毒物質(zhì)的熱化學(xué)方程式為： ．
（2）Ⅱ．脫碳： 向2L密閉容器中加入2molCO2和6molH2 ， 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下列敘述能說明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是 ． （填字母）
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生成的同時有3mol H﹣H鍵斷裂
③CO2的濃度隨時間（0～t2）變化如圖1所示，在t2時將容器容積縮小一倍，t3時達(dá)到平衡，t4時降低溫度，t5時達(dá)到平衡，請畫出t2～t6CO2濃度隨時間的變化．

（3）改變溫度，使反應(yīng)CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H＜0中的所有物質(zhì)都為氣態(tài)．起始溫度、體積相同（T1℃、2L密閉容器）．反應(yīng)過程中部分?jǐn)?shù)據(jù)見表：

	反應(yīng)時間	CO2（mol）	H2（mol）	CH3OH（mol）	H2O（mol）
反應(yīng)Ⅰ：恒溫恒容	0min	2	6	0	0
	10min		4.5
	20min	1
	30min			1
反應(yīng)Ⅱ：絕熱恒容	0min	0	0	2	2

①達(dá)到平衡時，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ?qū)Ρ龋浩胶獬��?shù)K（I）K（II）（填“＞”“＜”或“=”下同）；平衡時CH3OH的濃度c（I）c（II）．
②對反應(yīng)Ⅰ，前10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（CH3OH）= ． 在其他條件不變的情況下，若30min時只改變溫度T2℃，此時H2的物質(zhì)的量為3.2mol，則T1T2（填“＞”、“＜”或“=”）．若30min時只向容器中再充入1molCO2（g）和1molH2O（g），則平衡移動（填“正向”“逆向”或“不”）．
（4）利用人工光合作用可將CO2轉(zhuǎn)化為甲酸，反應(yīng)原理為2CO2+2H2O═2HCOOH+O2 ， 裝置如圖所示： ①電極2的電極反應(yīng)式是；
②在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，當(dāng)電極2室有11.2L CO2反應(yīng)． 理論上電極1室液體質(zhì)量（填“增加”或“減少”g．

Answer 1

【答案】
（1）4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=﹣1100.2kJ?mol﹣1
（2）低溫； de
（3）＜；＜；0.025mol/（L?min）；＜；不
（4）CO2+2H++2e﹣=HCOOH；減少；9
【解析】解：（1）Ⅰ．H2的燃燒熱為285.8kJmol﹣1，則①． 2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=﹣571.6kJmol﹣1，②．N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+133kJmol﹣1③．H2O（g）=H2O（l）△H=﹣44kJmol﹣1

根據(jù)蓋斯定律，①×2﹣②﹣③×4可得：4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g），

則：△H=2×（﹣571.6kJmol﹣1）﹣133kJmol﹣1﹣4×（﹣44kJmol﹣1）=﹣1100.2kJmol﹣1，

故反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=﹣1100.2kJmol﹣1，

所以答案是：4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=﹣1100.2kJmol﹣1；

Ⅱ．（2）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

所以答案是：低溫；②a．甲醇、水為液體，CO2、H2的起始物質(zhì)的量之比為1：3，反應(yīng)按物質(zhì)的量1：3反應(yīng)，故混合氣體中CO2、H2的起始物質(zhì)的量之比為1：3，平均摩爾質(zhì)量數(shù)值或平均相對分子質(zhì)量始終保持不變，無法判斷是平衡狀態(tài)，故a錯誤；

b．由a中分析，可知CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)數(shù)值始終保持不變，無法判斷是平衡狀態(tài)，故b錯誤；

c．由a中分析，可知CO2和H2的轉(zhuǎn)化率始終相等，無法判斷是平衡狀態(tài)，故c錯誤；

d．容器容積不變，混合氣體質(zhì)量減小，隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體密度減小，當(dāng)混合氣體的密度不變，反應(yīng)到達(dá)平衡，故d正確；

e.1molCO2生成的同時有3molH﹣H鍵斷裂，而1molCO2生成的同時生成3molH﹣H鍵，氫氣的生成速率與消耗速率相等，反應(yīng)到達(dá)平衡，故e正確，

故選：de；③t2時CO2濃度為0.5mol/L，則氫氣濃度變化量為（1mol/L﹣0.5mol/L）×3=1.5mol/L，氫氣平衡濃度為 ﹣1.5mol/L=1.5mol/L，則該溫度下平衡常數(shù)K= ，

在t2時將容器容積縮小一倍，瞬間CO2濃度變?yōu)?mol/L，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，t3時達(dá)到平衡時，等效為開始體積縮小一倍到達(dá)的平衡，設(shè)此時CO2濃度為xmol/L，則：

	CO2（g）+	3H2（g）CH3OH（l）+H2O（l）
起始（mol/L）	2	3
轉(zhuǎn)化（mol/L）	2﹣x	6﹣3x
平衡（mol/L）	x	3x

則 = ，解得x=0.5，

t3時達(dá)到平衡時CO2濃度為0.5mol/L，t4時降低溫度，瞬間CO2濃度不變，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，而后平衡向正反應(yīng)移動，CO2濃度減小，畫出t2～t6CO2的濃度隨時間的變化如圖：

所以答案是： ；（3）①I為恒溫，Ⅱ?yàn)榻^熱容器，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，平衡時溫度比I中低，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，降溫時平衡正向移動，則平衡常數(shù)K（Ⅰ）＜K（Ⅱ），平衡時CH3OH的濃度c（I）＜c（Ⅱ），

所以答案是：＜；＜；②v（H2）= =0.075mol/（L．min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，v（CH3OH）= v（H2）=0.025mol/（Lmin）；

20min時，轉(zhuǎn)化的CO2為2mol﹣1mol=1mol，則生成的CH3OH為1mol，而30min時CH3OH為1mol，故20min時到達(dá)平衡，

	CO2（g）+	3H2（g）	CH3OH（g）+	H2O（g）
起始（mol/L）	2	6	0	0
轉(zhuǎn)化（mol/L）	1	3	1 1
平衡（mol/L）	1	3	1	1

故平衡常數(shù)K= = = ；

平衡時氫氣為6mol﹣1mol×3=3mol，氫氣平衡濃度為 =1.5mol/L，在其他條件不變的情況下，若30min時只改變溫度T2℃，此時H2的物質(zhì)的量為3.2mol，平衡逆向移動，氫氣濃度增大，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可以升高溫度，即T1＜T2；對反應(yīng)Ⅰ，若30min時只向容器中再充入1molCO2（g）和1molH2O（g），此時濃度商Qc= = =K= ，則平衡不移動；

所以答案是：0.025mol/（Lmin）；＜；不；（4）①2是正極，正極上二氧化碳得電子和氫離子反應(yīng)生成HCOOH，電極反應(yīng)式為CO2+2H++2e﹣=HCOOH，所以答案是：CO2+2H++2e﹣=HCOOH；②電極1式為負(fù)極，發(fā)生的電極反應(yīng)式為2H2O﹣4e﹣=4H++O2↑，理論上隨著當(dāng)電極2室有11.2L CO2反應(yīng)，二氧化碳的物質(zhì)的量為 =0.5mol，轉(zhuǎn)移電子為0.5mol×2=1mol，電極1室參加反應(yīng)的水的質(zhì)量為18g/mol× =9g，

即電極1室理論減小液體質(zhì)量為9g，

所以答案是：減小；9．