Question

【題目】研究燃料的燃燒效率和對污染氣體產物的無害化處理,對于防止大氣污染有重要意義。

(1)將煤轉化為清潔氣體燃料。已知：

H2(g)+1/2O2(g) = H2O(g) H= 242.0 kJ/mol

C(s)+1/2O2(g) = CO(g) H= 110.0 kJ/mol

①寫出焦炭與水蒸氣反應制H2和CO的熱化學方程式_____________________。

②已知在101kPa時，CO、 H2和CH4的燃燒熱分別為283kJ/mol、286 kJ/mol和892kJ/mol，H2O(l)= H2O(g) △H= +44.0 kJ/mol，則反應CH4(g)+ H2O(g) CO（g）＋3H2（g）△H=______________。

(2)已知一定溫度和壓強下，由H2和CO反應合成優質燃料甲醇：CO（g）＋2H2（g） CH3OH（g）△H＝－91kJ/mo1

①在相同條件下要想得到182kJ熱量，加入各物質的物質的量可能是_____________。

A．2mo1 CO和4mol H2　 B．2mo1 CO、4mol H2和1mol CH3OH（g）

C．4mo1 CO和4mol H2　　　 D．4mo1 CO和6mol H2　

②將1mol CO和2mol H2充入一密閉容器中，保持恒溫恒壓時進行反應，達到平衡時，測得CO的轉化率為20%，反應達到平衡時的熱量變化是___（填“吸收”或“放出”）___kJ熱量。

(3)用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：

CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－574 kJ·mol－1 ①

CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2 ②

若1 mol CH4還原NO2至N2，整個過程中放出的熱量為867 kJ，則 ΔH2＝____。

Answer 1

【答案】C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H=+132kJ/mol △H= ＋205kJ/mol D 放出 18.2 -1160 kJ·mol－1

【解析】

（1）①已知：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) △H1= 242.0kJ/mol ；C(s)+1/2O2(g)=CO(g) △H2= 110.0kJ/mol根據蓋斯定律，用方程式2減去方程式1，可得：寫出焦炭與水蒸氣反應制H2和CO的熱化學方程式 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+132kJ/mol ；

②由題意知CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H1=﹣283kJ/mol;

H2 （g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H2=﹣286kJ/mol;

CH4（g）+2O2（g）= CO2（g）+2H2O（l）△H3=﹣892kJ/mol

根據蓋斯定律，CH4（g）+H2O（l）CO（g）+3H2（g）△H=△H3-△H1-3△H2=+249kJ/mol，又由于H2 （g）+1/2O2（g）=H2O（g）△H=﹣242.0kJ/mol；

H2 （g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H=﹣286kJ/mol，

根據蓋斯定律H2O（g）= H2O（l）△H=-44kJ/mol，

則CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）△H=+205kJ/mol。

（2）①由反應方程式可知生成1mol的CH3OH時放熱91 kJ，想得到182 kJ熱量，則需生成2molCH3OH；由于反應是可逆反應，不可能完全進行到底，所以要得到2molCH3OH，CO和H2物質的量必須要多于2mol和 4mol，故D符合，B選項中既有正反應又有逆反應，最終放出的熱量小于182kJ，答案選D；

②將1mol CO和2mol H2充入一密閉容器中，保持恒溫恒壓時進行反應，達到平衡時，測得CO的轉化率為20%，即消耗的CO為0.2mol，反應放出91kJ/mol×0.2mol=18.2kJ的熱量；

(3) 1 mol CH4還原NO2至N2，整個過程中放出的熱量為867 kJ，則得反應③CH4(g)＋2NO2(g)=N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH3＝－867 kJ·mol－1；

已知①CH4(g)＋4NO2(g)＝4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－574 kJ·mol－1，

根據蓋斯定律，由③×2-①得反應②CH4(g)＋4NO(g)＝2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2=-1160 kJ·mol－1。