Question

【題目】能源和環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，發生如下反應：CO2(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；

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

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

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

Ⅲ．（1）負極；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），速率之比等于化學計量數之比，故v（H2）=3v（CO2）=3×0.075mol/（L﹒min）=0.225mol/（L﹒min），根據圖像A點表示，反應3min時，c（CO2）= c（CH3OH），該反應平衡常數表達式K=，故答案為：0.225mol/（L﹒min）；反應3min時，c（CO2）= c（CH3OH）；；

（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，表明平衡向正反應方向移動，根據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，平衡向正反應方向移動，因該反應的正反應為放熱反應，則T<500℃；

（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，壓強減小，根據CO2(g) +3H2 (g) CH3OH (g) +H2O (g) 可知，平衡向逆反應方向移動，故答案為：逆；該反應的逆反應是氣體體積增大的的反應，增大容器的體積，相當于減小壓強，平衡向氣體體積增大的方向移動；

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

（2）11.2 L(標準狀況)SO2的物質的量為0.5mol，轉移電子1mol，根據正極反應式，遷移H+的物質的量為1mol，故答案為：1mol。