Question

【題目】能源和環(huán)境保護(hù)是世界各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)話題。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

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

閱讀下圖，計(jì)算該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=____________kJ·mol-1。

Ⅱ．收集和利用CO2是環(huán)境保護(hù)的熱點(diǎn)課題。

500℃時(shí)，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(yīng)：CO2(g) +3H2 (g) CH3OH (g) +H2O (g) △H＜0，測(cè)得CO2和CH3OH的濃度與時(shí)間的關(guān)系如圖所示。

（1）0~10 min內(nèi)v(H2)=_____________，

A點(diǎn)含義是_____________。

該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式K=____________。

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

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

Ⅲ．電化學(xué)法處理SO2是目前研究的熱點(diǎn)。

利用雙氧水吸收SO2可消除SO2污染，設(shè)計(jì)裝置如圖所示。

（1）石墨1為___________(填“正極”或“負(fù)極”)；

正極的電極反應(yīng)式為____________。

（2）若11.2 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)SO2參與反應(yīng)，則遷移H+的物質(zhì)的量為____________。

Answer 1

【答案】

Ⅰ、+161.1；

Ⅱ．（1）0.225mol/（L﹒min）；反應(yīng)3min時(shí)，c（CO2）= c（CH3OH）；；

（2）＜；改變溫度，CH3OH的濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，因該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則T<500℃；

（3）逆；該反應(yīng)的逆反應(yīng)是氣體體積增大的的反應(yīng)，增大容器的體積，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng)；

Ⅲ．（1）負(fù)極；H2O2+2e-+2H+=2H2O；（2）1mol。

【解析】

試題分析：Ⅰ、由能量圖，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-1，①-③×3+②得CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）△H=（-846.3+241.8×3+282）kJmoL-1=+161.1kJmoL-1；故答案為：+161.1；

Ⅱ．（1）Y的起始濃度為1mol/L，故Y表示二氧化碳，平衡時(shí)二氧化碳的濃度為0.25mol/L，故v（CO2）==0.075mol/（L﹒min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（H2）=3v（CO2）=3×0.075mol/（L﹒min）=0.225mol/（L﹒min），根據(jù)圖像A點(diǎn)表示，反應(yīng)3min時(shí)，c（CO2）= c（CH3OH），該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式K=，故答案為：0.225mol/（L﹒min）；反應(yīng)3min時(shí)，c（CO2）= c（CH3OH）；；

（2）反應(yīng)在500℃達(dá)到平衡后，改變反應(yīng)溫度為T，CH3OH的濃度以每分鐘0．030 mol/L逐漸增大，表明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)CO2(g) +3H2 (g) CH3OH (g) +H2O (g) △H＜0可知，溫度需降低，故答案為：＜；改變溫度，CH3OH的濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，因該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則T<500℃；

（3）溫度為T時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡后，將反應(yīng)容器的容積增大一倍，壓強(qiáng)減小，根據(jù)CO2(g) +3H2 (g) CH3OH (g) +H2O (g) 可知，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故答案為：逆；該反應(yīng)的逆反應(yīng)是氣體體積增大的的反應(yīng)，增大容器的體積，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng)；

Ⅲ．（1）根據(jù)圖示，二氧化硫與雙氧水發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其中二氧化硫是還原劑，發(fā)生氧化反應(yīng)，生成硫酸，石墨1為負(fù)極，雙氧水是氧化劑，發(fā)生還原反應(yīng)，生成水，石墨2是正極，電極反應(yīng)為H2O2+2e-+2H+=2H2O，答案為：負(fù)極；H2O2+2e-+2H+=2H2O；

（2）11.2 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)SO2的物質(zhì)的量為0.5mol，轉(zhuǎn)移電子1mol，根據(jù)正極反應(yīng)式，遷移H+的物質(zhì)的量為1mol，故答案為：1mol。