Question

【題目】C、N、S的氧化物常會造成一些環(huán)境問題，科研工作者正在研究用各種化學(xué)方法來消除這些物質(zhì)對環(huán)境的不利影響。

（1）在催化劑存在的條件下，用H2將NO還原為N2。已知：

則氫氣和一氧化氮反應(yīng)生成氮氣和水蒸氣的熱化學(xué)方程式是_____。

（2）在500℃下合成甲醇的反應(yīng)原理為：

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)在1L的密閉容器中，充入1mol CO2和3mol H2，壓強為p0，測得CO2(g)和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。(可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)可以用平衡濃度計算，也可以用平衡分壓Kp代替平衡濃度，計算分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù))

①反應(yīng)進行到4min時，v(正)__v(逆) (填“>”“<”或“＝”)。0～4min，H2的平均反應(yīng)速率v(H2)＝_mol·L－1·min－1。

②CO2平衡時的體積分數(shù)為___，該溫度下Kp為__(用含有p0的式子表示)。

③下列能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是___。

A.v正(CH3OH)＝3v逆(H2)

B.CO2、H2、CH3OH和H2O濃度之比為1：3：1：1

C.恒溫恒壓下，氣體的體積不再變化

D.恒溫恒容下，氣體的密度不再變化

④500℃、在2個容積都是2L的密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器	容器甲	容器乙
反應(yīng)物起始投入量	1mol CO2，3mol H2	0.5mol CO2，1mol H2 1mol CH3OH，1mol H2O
CH3OH的平衡濃度/mol ·L－1	C1	C2

則乙容器中反應(yīng)起始向___方向進行；c1___c2。(填“>”“<”或“＝”)

（3）甲醇作為一種燃料還可用于燃料電池。在溫度為650℃的熔融鹽燃料電池中用甲醇、空氣與CO2的混合氣體作反應(yīng)物，鎳作電極，用Li2CO3和Na2CO3混合物作電解質(zhì)。該電池的負極反應(yīng)式為___。

Answer 1

【答案】2NO(g)+2H2 (g)=N2(g)+2H2O(g) △H=－734.7kJ·mol-1 > 0.375 10% 256/(3p02 )或 C 逆反應(yīng) < CH3OH－6e－+3CO32－=4CO2↑+2H2O

【解析】

（1）△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；

（2）①根據(jù)4min后，反應(yīng)物和生成物量的變化確定反應(yīng)方向；根據(jù)v=△c/△t計算甲醇或CO2的速率，再根據(jù)速率比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算 H2；

②根據(jù)三行式法計算；

③變量不在發(fā)生改變，證明反應(yīng)達到了平衡；

④列三行式進行判斷；

（3）燃料在負極反應(yīng)，氧氣在正極反應(yīng)，書寫電極反應(yīng)式。

（1）△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=2×630KJ/mol+2×436KJ/mol-941.7 KJ/mol-2×962.5KJ/mol=-734.7kJ·mol-1則熱化學(xué)方程式為2NO(g)+2H2 (g)=N2(g)+2H2O(g) △H=－734.7kJ·mol-1；

答案：2NO(g)+2H2 (g)=N2(g)+2H2O(g) △H=－734.7kJ·mol-1

（2）①反應(yīng)進行到4min后，甲醇的濃度仍在增加，二氧化碳濃度仍在減小，說明反應(yīng)在正向進行，則v(正) >v(逆)。0～4min，v（CO2）==0.125 mol·L－1·min－1，則H2的平均反應(yīng)速率v(H2)=3 v（CO2）＝3×0.125=0.375mol·L－1·min－1。

答案：> 0.375

② CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

n（初） 1 3 0 0

△n 0.75 0.75 0.75 0.75

n（平衡）0.25 0.75 0.75 0.75

CO2平衡時的體積分數(shù)為=10%；平衡后的總壓強為P0=，CO2產(chǎn)生的壓強為=0.0625P0，氫氣、甲醇、水蒸氣平衡后的物質(zhì)的量相等，壓強相等，壓強均為 =0.1875P0，平衡常數(shù)為Kp== 或256/(3p02 )；

答案：10% 256/(3p02 )或

③A.速率比不等于化學(xué)計量數(shù)之比，故A錯誤；

B.反應(yīng)中CO2、H2、H2O與CH3OH的物質(zhì)的量濃度之比決定于反應(yīng)開始時加入物質(zhì)的多少，與平衡狀態(tài)無關(guān)，故B錯誤；

C.因為正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，恒溫恒壓時，反應(yīng)正向進行氣體體積就在減小，當(dāng)氣體的體積不再變化，則達到平衡狀態(tài)，故C正確；

D.根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，若體積不變，則密度始終不變，所以密度不變不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；

答案：C

④先根據(jù)②計算K

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

c（初） 1 3 0 0

△c 0.75 0.75 0.75 0.75

c（平衡） 0.25 0.75 0.75 0.75

k===

容器乙：

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

c（初） 0.25 1/2 0.5 0.5

Qc==8>k,反應(yīng)逆反應(yīng)方向進行。

容器乙中氣體初始物質(zhì)的量全換算為反應(yīng)物

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

n（初） 0.5 1 1 1

換算后n 1.5 4

容器乙中反應(yīng)物的濃度大于容器甲，因為T、V相同，則乙容器中物質(zhì)的平衡濃度大于甲容器中物質(zhì)的平衡濃度。

答案：逆反應(yīng) <

（3）甲醇燃料電池中甲醇失電子被氧化，在負極發(fā)生反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH3OH+3CO32--6e-=4CO2+2H2O；

答案： CH3OH+3CO32--6e-=4CO2+2H2O