Question

（1）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O（g）通入反應室（容積為100L），在一定條件下發生反應：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）…
CH₄的轉化率與溫度、壓強的關系如圖1．
①已知100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H₂表示的平均反應速率為

 

．
②圖1中的p₁

 

p₂（填“＜”、“＞”或“=”），100℃時平衡常數為

 

．
③該反應的△H

 

0（填“＜”、“＞”或“=”）．
（2）某科研單位利用電化學原理用SO₂來制備硫酸，裝置如圖2，含有某種催化劑，電極為多孔的材料，能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸．通入SO₂的電極為

 

極，其電極反應式為

 

；
（3）己知：K_sp（AgCl）=1.8×10^-10，向50mL 0.018mol/L的AgNO₃溶液中加入相同體積0.020mol/L的鹽酸，則c（Ag⁺）=

 

．此時所得混合溶液的pH=

 

．

Answer 1

考點：產物的百分含量隨濃度、時間的變化曲線,原電池和電解池的工作原理,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①根據圖象判斷100℃時甲烷的轉化率，根據反應方程式及甲烷的物質的量計算出生成氫氣的物質的量，再根據反應速率的表達式計算出用H₂表示該反應的平均反應速率；
②轉化率與溫度、壓強圖象有三個變量，采用“定一議二”方法判斷壓強大小；計算平衡狀態時各物質的濃度，代入平衡常數表達式計算；
③根據圖象中壓強不變，溫度升高后甲烷的轉化率判斷該反應的焓變；
（2）本質為SO₂與O₂反應生成SO₃，SO₃再與水化合生成硫酸，負極發生氧化反應，正極發生還原反應，據此進行解答；
（3）依據題干數據計算沉淀后溶液中氯離子濃度，結合Ksp計算溶液中銀離子濃度，沉淀后溶液中剩余氫離子濃度，計算溶液pH．

解答： 解：（1）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容積固定為10L的反應室，在一定條件下發生反應I，由圖象可知100℃甲烷轉化率為50%，故參加反應的甲烷為1mol×50%=0.5mol，則：
              CH₄ （g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂ （g）
起始量（mol）：1.0       2.0      0         0
變化量（mol）：0.5       0.5      0.5      1.5
平衡量（mol）：0.5       1.5      0.5      1.5
①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：0.0030mol?L^-1?min^-1； 
②通過圖表可知當溫度相同時，p₂→p₁時，甲烷的轉化率提高，平衡向正向移動，正向為氣體系數增大的反應，根據減小壓強平衡向系數增大的方向移動可知：p₁＜p₂；
100℃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，
平衡常數為：K=

0.005×0.0153

0.005×0.015

=2.25×10^-4，
故答案為：＜；2.25×10^-4； 
③當壓強為p₁時，升高溫度，甲烷的轉化率提高，平衡向正向移動，說明正反應為吸熱反應，△H＞0，
故答案為：＞；
（2）該原電池的本質是：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，SO₂在負極上發生氧化反應電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，O₂在正極上發生還原反應電極反應式為：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
故答案為：負； SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
（3）50 ml 0.02mol/L的鹽酸中加入50ml  0.018mol/L AgNO₃溶液加入后兩者濃度分別為
c（Ag⁺）=

0.018

2

=0.009 （mol/L）
c（Cl^-）=

0.02

2

=0.01（mol/L）
Ag⁺與Cl^-是等物質的量反應的，此時Cl^-過量，過量濃度c（Cl^-）=0.01-0.009=0.001mol/L；
 Ksp=c（Ag⁺）×C（Cl^-）=1.8×10^-10，
則：c（Ag⁺）=

1.8×10-10

0.001

=1.8×10^-7（mol/L）；
溶液中剩余氫離子濃度=0.01mol/L，
溶液pH=2，
故答案為：1.8×10^-7mol/L；2．

點評：本題考查了化學反應速率的計算、化學平衡及其影響、原電池工作原理、難溶物溶解平均及其計算，題目難度中等，試題題量較大，涉及的知識點較多，充分考查了學生對所學知識的掌握情況，試題培養了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．