Question

【題目】CH4、CH3OH、CO等都是重要的能源，也是重要的化工原料。

（1）已知25℃、101kPa時，1g甲烷完全燃燒生成CO和液態(tài)水時放出38kJ熱量，則該條件下反應2CH4(g)+3O2(g) =2CO(g)+4H2O(l)的ΔH=___。

（2）為倡導“節(jié)能減排”和“低碳經濟”，降低大氣中CO2的含量，有效地開發(fā)利用CO2，工業(yè)上可以用CO2來生產甲醇燃料。在體積為2L的密閉容器中，充入lmolCO2和3molH2，一定條件下發(fā)生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。經測得CH3OH和CO2的物質的量隨時間變化如圖所示。

①從反應開始到平衡，CO2的平均反應速率v(CO2)=___。

②達到平衡時，H2的轉化率為___。

（3）工業(yè)上也可以用CO和H2為原料制備CH3OH，反應方程式為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，在一體積固定的密閉容器中投入一定量的CO和否H2氣體進行上述反應。下列敘述中能說明上述反應達到平衡狀態(tài)的是___。

A.反應中CO與CH3OH的物質的量之比為1：1

B.混合氣體的壓強不隨時間的變化而變化

C.單位時間內每消耗1molCO，同時生成1molCH3OH

D.CH3OH的質量分數在混合氣體中保持不變

（4）從煙道氣中回收硫是有效處理SO2大氣污染的有效方法之一，該方法是在催化劑、773K條件下，CO與SO2反應生成CO2和硫蒸氣，該反應體系中各組分的物質的量與反應時間的關系如圖所示，寫出該反應的化學方程式：___。

（5）近幾年來關于氮污染的治理倍受關注。向工業(yè)廢水中加入次氯酸鈉溶液，可將其中的NH4+完全轉化為N2，而次氯酸鈉被還原為NaCl。寫出上述反應的離子方程式：___。

Answer 1

【答案】-1216kJ·mol-1 0.0375mol/(L·min) 75% BD 4CO+2SO24CO2+S2 2NH4++3ClO-=N2↑+3Cl-+2H++3H2O

【解析】

(1)根據計算出1g甲烷的物質的量，然后可計算出1mol甲烷完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量，進而計算ΔH；

(2)①根據速率，結合三段式進行計算；

(3)化學平衡狀態(tài)的特征：等，即v正=v逆，定，即達到平衡后反應物、生成物物質的量，質量，濃度，百分含量等保持不變據此判斷解答；

(4)結合圖像得出反應物和生成物的物質的量的變化量之比，從而寫出該反應的化學方程式；

(5)根據題干信息，結合氧化還原反應中得失電子守恒寫出反應的離子方程式。

(1)1g CH4的物質的量為：1g÷16g·mol-1=0.0625mol，0.0625molCH4完全燃燒生成液態(tài)水放出38kJ熱量，則1molCH4完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量為：38kJ×1mol÷0.06255mol=608kJ，則反應2CH4(g)+3O2(g) =2CO(g)+4H2O(l)的ΔH=-608kJ/mol×2=-1216kJ/mol；

(2)在體積為2L的密閉容器中，充入lmolCO2和3molH2，一定條件下發(fā)生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。經測得CO2和CH3OH(g)的物質的量隨時間變化如圖所示。CO2是反應物隨反應進行物質的量減小，CH3OH是生成物，隨反應進行物質的量增大；10nim內達到平衡，生成CH3OH物質的量為0.75mol，CO2物質的量變化了0.75mol；則①依據化學平衡列三段式有：

①從反應開始到平衡，CO2的平均反應速率；

②達到平衡時，H2的轉化率；

(3)A．反應中CO與CH3OH的物質的量之比為1:1，無法確定是否達到平衡狀態(tài)，不能作為判斷平衡的標志，故A錯誤；

B．該反應前后氣體體積不相等，則壓強不變說明達到平衡，故B正確；

C．單位時間內每消耗1 mol CO是正速率，同時生成1 mol CH3OH也是正速率，所指的速率都是表示正反應速率，不能作為判斷平衡標志，故C錯誤；

D．CH3OH的質量分數在混合氣體中保持不變，CH3OH組成一定，說明達到平衡，故D正確；

故答案為：BD。

(4)根據圖像可知，反應物的物質的量的變化量一個為(4-1)mol=3mol，一個為(2-0.5)mol=1.5mol，生成物的物質的量的變化量一個為(3-0)mol=3mol，一個為(0.75-0)mol=0.75mol，則反應物、生成物的物質的量的變化量之比等于其化學計量數之比=3：1.5：3：0.75=4：2：4：1，根據C原子守恒可知，計量數是4的為CO、CO2，二氧化硫的計量數為2，硫單質的計量數為1，則生成的硫單質為S2，所以該反應的化學反應方程式為4CO+2SO24CO2+S2；

(5)根據題干信息，次氯酸鈉溶液可將廢水中的NH4+完全轉化為N2，而次氯酸鈉被還原為NaCl，結合氧化還原反應得失電子守恒可得反應的離子反應方程式為2NH4++3ClO-=N2↑+3Cl-+2H++3H2O。