Question

【題目】Ⅰ、研究NO2、SO2、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義

（1）已知：2SO2(g) + O2(g)2SO3(g) ΔH= —Q1 kJ·mol-1 ；2NO(g) + O2(g)2NO2(g) ΔH= —Q2kJ·mol-1則反應NO2(g) + SO2(g)SO3(g) + NO(g) 的ΔH= _________________kJ·mol-1。

（2）上述反應達化學平衡的標志是_________________。

A.混合氣體的總質量保持不變

B.混合氣體的總壓強保持不變

C．混合氣體的平均相對分子質量保持不變

D．混合氣體的顏色保持不變

（3）CO可用于合成甲醇，反應方程式為：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）。CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如下圖所示，該反應ΔH _______0（填“>”或“ <”），理由__________________________________。

Ⅱ、甲醇可作為燃料電池的原料。以CH4和H2O為原料，通過下列反應來制備甲醇。

①：CH4 ( g ) + H2O ( g ) ＝CO ( g ) + 3H2 ( g ) △H ＝+206.0 kJ·mol－1

②：CO ( g ) + 2H2 ( g ) ＝ CH3OH ( g ) △H＝—129.0 kJ·mol－1

（1）CH4(g)與H2O(g)反應生成CH3OH (g)和H2(g)的熱化學方程式為_________________________。

（2）將1.0 mol CH4和2.0 mol H2O ( g )通入容積為100 L的反應室，在一定條件下發生反應I，測得在一定的壓強下CH4的轉化率與溫度的關系如圖。

①假設100 ℃時達到平衡所需的時間為5 min，則用H2表示該反應的平均反應速率為_____________。

②100℃時反應I的平衡常數為___________________。

Answer 1

【答案】-（Q1 -Q2）/2 D < 壓強相同時，溫度升高，CO的平衡轉化率減小，平衡逆向移動，逆向吸熱，則正向放熱 CH4(g)+H2O(g)＝CH3OH (g)+H2(g) △H ＝+77.0 kJ·mol－1 0.003 mol·L－1·min－1 2.25×10-4 mol2·L—2

【解析】

Ⅰ.（1）根據蓋斯定律進行計算；

（2）根據可逆反應達到平衡狀態的依據進行判斷；

（3）從圖像上來看，壓強相同時，溫度升高，CO的平衡轉化率減小，平衡逆向移動，逆向吸熱，則正向放熱；

Ⅱ.（1）根據蓋斯定律進行計算；

（2）依據化學平衡三段式列式進行計算。

Ⅰ.（1）已知：①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-Q1 kJ·mol-1 ，②2NO(g) +O2(g)2NO2(g) ΔH=-Q2kJ·mol-1，利用蓋斯定律將①×1/2-②×1/2得NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) 的ΔH=-（Q1 -Q2）/2kJ·mol-1，故答案為：-（Q1 -Q2）/2。

（2）A.反應前后氣體總質量始終不變，不能判斷是否平衡，故A錯誤；

B.該反應是一個反應前后氣體計量數不變的化學反應，無論該反應是否達到平衡狀態，容器中混合氣體的總壓強保持不變，故B錯誤；

C.反應前后物質的量不變，氣體質量守恒，所以混合氣體的平均相對分子質量保持不變，故C錯誤；

D.當反應達到平衡狀態時，各物質的濃度不再變化，所以溶液內混合氣體的顏色保持不變，故D正確。

故答案為：D。

（3）從圖像上來看，壓強相同時，溫度升高，CO的平衡轉化率減小，平衡逆向移動，逆向吸熱，則正向放熱，故ΔH＜0，故答案為：＜；壓強相同時，溫度升高，CO的平衡轉化率減小，平衡逆向移動，逆向吸熱，則正向放熱。

Ⅱ.（1）①CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.0kJ/mol

②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=-129.0kJ/mol

依據蓋斯定律①+②得到CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g））△H=+77kJ/mol

故答案為：CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g））△H=+77kJ/mol。

（2）①將1.0molCH4和2.0molH2O（g）通入容積固定為100L的反應室，在一定條件下發生反應I：圖象分析可知100°C甲烷轉化率為50%，依據化學平衡三段式列式

CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）

起始量（mol） 1.0 2.0 0 0

變化量（mol） 1.0×50% 0.5 0.5 1.5

平衡量（mol） 0.5 1.5 0.5 1.5

假設100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H2表示該反應的平均反應速率=1.5mol÷100L÷5min=0.003 mol·L-1·min-1

故答案為：0.003 mol·L-1·min-1。

②100℃時反應I的平衡濃度為c（CH4）=0.005mol/L，c（H2O）=0.015mol/L，c（CO）=0.005mol/L，c（H2）=0.015mol/L，

平衡常數K=c(CO)c3(H2)c(CH4)c(H2O)=0.005×0.0153/0.005×0.015=2.25×10-4mol2·L-2

故答案為：2.25×10-4mol2·L-2。