(16分)工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、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的热值为142.9KJ·g-1
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+133kJ·mol-1
H2O(g)=H2O(l) △H=-44kJ·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、混合气体的平均式量保持不变
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
③CO2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。起始温度体积相同(T1℃、2 L密闭容器)。反应过程中部分数据见下表:
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反应时间
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CO2(mol)
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H2(mol)
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CH3OH(mol)
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H2O(mol)
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反应I 恒温恒容
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0 min
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2
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6
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0
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0
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10min
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4.5
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20min
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1
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30min
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1
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反应II 绝热恒容
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0 min
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0
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0
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2
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2
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①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)。
②对反应I,前10min内的平均反应速率v(CH3OH)= ,在其它条件不变下,若30min时只改变温度为T2℃,此时H2的物质的量为3.2mol,则T1 T2(填“>”、“<”或“=”)。
若30min时只向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g),则平衡 移动(填“正向”、“逆向”或“不”)。