Question

【題目】工業燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量氮氧化物（NOx）、CO2、SO2等氣體，嚴重污染空氣。對廢氣進行脫硝、脫碳和脫硫處理可實現綠色環保、廢物利用。

Ⅰ．脫碳：

向2L密閉容器中加入2mol CO2、8mol H2，在適當的催化劑作用下，發生反應：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)

（1）該反應自發進行的條件是_______（填“低溫”、“高溫”或“任意溫度”）

（2）下列敘述能說明此反應達到平衡狀態的是_______________。

a、混合氣體的平均相對分子質量保持不變

b、CO2和H2的體積分數比為1﹕4

c、CO2和H2的轉化率相等

d、混合氣體的密度保持不變

e、1mol CO2生成的同時有4mol H-H鍵斷裂

Ⅱ．脫硝：

（3）催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無毒物質的化學方程式為__________。

（4）溫度為T1時，在三個容積均為1L的恒容密閉容器中僅發生反應：2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)相關數據如下表所示。下列說法錯誤的是__________。

容器 編號	物質的起始濃度 (mol·L-1)			物質的平衡濃度 (mol·L-1)
	c(NO2)	c(NO)	c(O2)	c(O2)
甲	0.6	0	0	0.2
乙	0.3	0.5	0.2
丙	0	0.5	0.35

A．容器甲中發生反應的平衡常數為0.8

B．容器乙中起始時反應正向進行

C．達到平衡時，容器丙中c(O2)/c(NO2)>1

D．達到平衡時，容器甲與容器丙中的總壓強之比為16∶17

Answer 1

【答案】低溫 a、e 4H2+2NO2 N2+4H2O D

【解析】

（1）自發進行的判斷根據是△H-T△S＜0，結合反應特征分析判斷需要的條件；
（2）反應到達平衡時，正逆反應速率相等，各組分的濃度、含量不變，由此衍生的其它一些物理量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不變化，說明到達平衡．

（3）催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無毒物質，元素守恒可知無毒物質為N2，即可得到反應方程式；

（4）A.平衡常數為，平衡時刻生成物濃度冪之積比上反應物濃度冪之積；B.判斷反應向哪個方向進行，要計算Qc，若Qc=K，則為平衡狀態，若Qc<K，反應正向進行，反之反應逆向進行；C.根據三段式，求出c(O2)和c(NO2)，在進行做比；D.由阿伏加德羅定律可知，壓強之比等于物質的量之比，計算出物質的量，即可得到壓強的關系；

（1）CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)，熵變△S＜0，低溫下滿足△H-T△S＜0，故該反應自發進行的條件是低溫

（2）向2L密閉容器中加入2mol CO2、8mol H2，發生反應：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)

a.建立平衡過程中，混合氣體的平均相對分子質量變大，當達到平衡時，混合氣體的平均相對分子質量不變，某一時刻，混合氣體的平均相對分子質量保持不變，則達到了平衡狀態,故a正確；b.CO2和H2的體積分數比恒為1﹕4，無法判斷是否達到平衡狀態，故b錯誤；c.向2L密閉容器中加入2mol CO2、8mol H2，發生反應：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)，CO2和H2按照1：4反應，CO2和H2的轉化率始終相等，不能確定反應是否達到平衡狀態，c錯誤；d.混合氣體的密度ρ=m/v，由質量守恒可知，m不變，2L密閉容器，v不變，故ρ始終不變，不能確定反應是否達到平衡狀態，d錯誤；e.有4mol H-H鍵斷裂時，消耗4molH2，生成1mol CO2等同于生成4molH2，消耗4molH2的同時，又生成消耗4molH2，反應達到了平衡狀態，故e正確。綜上，本題選a、e。

（3）催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無毒物質，元素守恒可知無毒物質為N2，反應的化學方程式為4H2+2NO2N2+4H2O

（4）甲容器中2NO2(g) 2NO(g) + O2(g)

C0 0.6mol·L-1 0mol·L-1 0mol·L-1

ΔC 0.4mol·L-1 0.4mol·L-1 0.2mol·L-1

C平 0.2mol·L-1 0.4mol·L-1 0.2mol·L-1

A.根據題干可列出容器甲中的三段式，K=c2(NO)×c(O2)/c2(NO2)=0.8，故A項正確；B.乙容器中Qc=c2(NO)×c(O2)/c2(NO2)=0.56<0.8，故此時反應正向進行，B項正確；C.設達到平衡時，消耗O2的濃度是xmol/L。

丙容器中2NO2(g) 2NO(g) + O2(g)

C0 0mol·L-1 0.5mol·L-1 0.35mol·L-1

ΔC 2x mol·L-1 2x mol·L-1 x mol·L-1

C平 2x mol·L-1 (0.5-2x) mol·L-1 (0.35-x) mol·L-1

K=c2(NO)×c(O2)/c2(NO2)=(0.5-2x)2(0.35-x)/(2x)2=0.8，解得x=0.09mol，故O2=0.26mol ，NO2=0.18mol，c(O2)/c(NO2)=0.26/0.18>1，故C正確；D.由三段式可知，平衡時，甲容器中氣體的總物質的量n總=(c(NO2)+c(NO)+c(O2)）×V=0.8mol，丙容器中氣體的總物質的量n總=0.76mol，由阿伏加德羅定律可知，壓強之比等于物質的量之比，故P甲:P丙=0.8:0.76=40:37，故D項錯誤。綜上，本題選D。