Question

【題目】2011年12月30日中國環境保護部通過了新修訂的《環境空氣質量標準》，調整了污染物項目及限值，增設了PM2.5平均濃度限值，收緊了NO2等污染物的濃度限值。

（1）①甲烷是一種清潔燃料，在一定條件下，發生反應：CH4（g）＋H2O（g）CO（g）＋3H2（g） ΔH＞0。將1.0 mol CH4和2.0 mol H2O通入反應容器（假設容積為10L），10 min末有0.10 mol CO生成，則10 min內該反應的速率v（H2）= 。②已知甲烷燃料電池的工作原理如右圖所示。該電池中甲烷從 進（填“a”、“b”、“c”、“d”）,電極Ⅰ是 極，寫出該電池負極的電極反應： 。

（2）某工廠利用尾氣CO制甲醇，在一定壓強和固定容積的容器中，通入a molCO與2a mol H2，在催化劑作用下反應：CO（g）＋2H2（g） CH3OH（g），CO的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示，則：

①P1 P2（填“＜”、“＞”或“=”）。

②下列各項中，不能說明該反應已達到平衡的是 。

a．恒溫、恒容條件下，容器內的壓強不發生變化

b．一定條件下，CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等

c．一定條件下，CO、H2和CH3OH的濃度保持不變

d．一定條件下，單位時間內消耗1 mol CO，同時生成l mol CH3OH

③如下圖是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線。請分別畫出在T1 、T2溫度下，H2的濃度隨時間變化的曲線

（3）某硝酸處理NO2方法是：催化劑存在時用H2將NO2還原為N2。

已知：2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）=－483.6kJ/mol

N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）=+67.7kJ/mol

則H2還原NO2生成水蒸氣反應的熱化學方程式是 。

Answer 1

【答案】

（1）①3.0×10－3mol·L－1·min－1；

②b；負；CH4-8e-+2H2O＝CO2↑+8H+；

（2）①＜；②d ；③

（3）4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g） △H=-1034.9 kJ/mol

【解析】

試題分析：（1）①10min末有0.1mol CO生成，根據方程式CH4（g）+H2O（g） CO（g）+3H2（g）可知，生成的氫氣為0.1mol×3=0.3mol，容器的體積為10L，則1min內用氫氣表示的平均速率v（H2）==3.0×10-3molL-1min-1；故答案為：3.0×10-3molL-1min-1；

②根據裝置可以知道d處生成大量的水，氫離子移向的電極為原電池的正極，所以c電極是通入的氧氣，b口通入的物質為甲烷，電極Ⅰ是負極，甲烷在負極發生氧化反應，電極方程式為CH4-8e-+2H2O＝ CO2↑+8H+，故答案為：b；負；CH4-8e-+2H2O＝ CO2↑+8H+；

（2）①由圖可知溫度相同時，到達平衡時，壓強為p2的CO轉化率高，平衡向正反應方向移動，反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡向體積減小的方向移動，即p1＜p2；故答案為：＜；

②a．該反應屬于氣體的物質的量發生變化的反應，恒溫、恒容條件下，容器內的壓強不發生變化，說明容器中氣體的物質的量不變，能夠說明該反應已達到平衡，不選；b．一定條件下，CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等，表示正反應速率等于逆反應速率，能夠說明該反應已達到平衡，不選；c．一定條件下，CO、H2和CH3OH的濃度保持不變，能夠說明該反應已達到平衡，不選；d．一定條件下，單位時間內消耗1 mol CO，同時生成l mol CH3OH，均表示正反應速率，不能說明該反應已達到平衡，選；故選d；

③根據圖像，溫度T1＞T2，升高溫度，CO的轉化率增大，平衡正向移動，H2的濃度減小，在T1 、T2溫度下，H2的濃度隨時間變化的曲線為，故答案為：；

（3）2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=-483.6kJmoL-1 （1），N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+67.7kJmoL-1（2），將方程式（1）×2-（2）得4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=2（-483.6kJmoL-1）-（+67.7kJmoL-1）=-1034.9 kJmoL-1，故答案為：4H2（g）+2NO2（g）=N2（g）+4H2O（g）△H=-1034.9 kJmoL-1。