Question

【題目】能源和環(huán)境保護是世界各國關注的熱點話題。請回答下列問題：

Ⅰ．目前“低碳經濟”正成為科學家研究的主要課題。甲烷自熱重整是一種先進的制氫方法，其反應方程式為CH4(g) +H2O (g) =CO (g) +3H2(g) 。

閱讀下圖，計算該反應的反應熱△H=____________kJ·mol-1。

Ⅱ．收集和利用CO2是環(huán)境保護的熱點課題。

500℃時，在容積為1L的密閉容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，發(fā)生如下反應：C02(g) +3H2 (g) =CH3OH (g) +H2O (g) △H＜0，測得CO2和CH3OH的濃度與時間的關系如圖所示。

（1） 0~10 min內v(H2)=_____________， A點含義是_____________。該反應平衡常數表達式K=____________。

（2）反應在500℃達到平衡后，改變反應溫度為T， CH3OH的濃度以每分鐘0. 030 mol/L逐漸增大，經5 min又達到新平衡。T______(填“>”、“<”或“=”)500℃，判斷理由是_____________。

（3）溫度為T時，反應達到平衡后，將反應容器的容積增大一倍。平衡向____________(填“正”或“逆”)反應方向移動，判斷理由是____________。

Ⅲ．電化學法處理SO2是目前研究的熱點。

利用雙氧水吸收SO2可消除SO2污染，設計裝置如圖所示。

（1）石墨1為___________(填“正極”或“負極”)；正極的電極反應式為____________。

（2）若11.2 L(標準狀況)SO2參與反應，則遷移H+的物質的量為____________。

Answer 1

【答案】Ⅰ. ＋161.1 KJ /molⅡ.

（1） 0.225 mol/(L·min) 該條件下反應3 min時，c(CO2)＝c(CH3OH) K＝。

（2）＜ , 改變溫度，CH3OH的濃度增大，說明平衡向正反應方向移動，因該反應的正反應是放熱反應，則T＜500 ℃。

（3） 逆 該反應的逆反應是氣體分子數增大的反應，增大容器的容積，相當于減小壓強，平衡向氣體分子數增大的方向移動。

Ⅲ.（1）負極 H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O。

（2） 1 mol

【解析】

試題分析：Ⅰ（1）由能量圖，可得：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-846.3kJmoL-1 ②CO2(g)═CO(g)+O2(g)△H=+282kJmoL-1 ③O2(g)+H2(g)═H2O(g)△H=-241.8kJmoL-1 根據蓋斯定律，①-③×3+②可得：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)，故△H=(-846.3+241.8×3+282)kJmoL-1=+161.1kJmoL-1；

Ⅱ.（1）由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O可知，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量為0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v(H2)==0.225mol/(Lmon)；A點為兩曲線交點，表示該條件下反應3 min時，c(CO2)＝c(CH3OH)；反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常數K=；

（2）改變溫度，CH3OH的濃度增大，說明平衡向正反應方向移動，因該反應的正反應是放熱反應，則T＜500 ℃；

（3）該反應的逆反應是氣體分子數增大的反應，增大容器的容積，相當于減小壓強，平衡向氣體分子數增大的方向移動，故平衡向逆反應方向移動；

Ⅲ．（1）原電池工作時SO2被氧化，則石墨1為負極；正極的電極反應式為H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O；

（2）若11.2 L(標準狀況)即0.5molSO2參與反應是轉移電子數為0.5mol×2=1mol，則遷移H+的物質的量為1mol。