Question

【題目】I. 合成氣（CO+H2）廣泛用于合成有機物，工業上常采用天然氣與水蒸氣反應等方法來制取合成氣。

（1）已知：5.6L(標況下)CH4與水蒸氣完全反應，吸收51.5KJ的熱量，請寫出該反應的熱化學方程式_______________________________________________。

（2）在150℃時2L的密閉容器中，將2 mol CH4和2 mol H2O(g)混合，經過15min達到平衡,此時CH4的轉化率為60%。回答下列問題：

①從反應開始至平衡，用氫氣的變化量來表示該反應速率v(H2)=____________。

②在該溫度下，計算該反應的平衡常數K＝________________________(保留兩位小數)。

③下列選項中能表示該反應已達到平衡狀態的是__________________________

A.v(H2)逆＝3v (CO)正 B.密閉容器中混合氣體的密度不變

C.密閉容器中總壓強不變 D.C (CH4) = C (CO)

（3）合成氣中的氫氣也用于合成氨氣：N2 + 3H22NH3。保持溫度和體積不變， 在甲、乙、丙三個容器中建立平衡的相關信息如下表。則下列說法正確的是___________。

容 器	體積	起始物質	平衡時NH3的物質的量	平衡時N2的 體積分數	反應開始時的速率	平衡時容器內壓強
甲	1L	1molN2+3molH2	1.6mol	φ甲	ν甲	P甲
乙	1L	2molN2+6molH2	n1 mol	φ乙	ν乙	P乙
丙	2L	2molN2+6molH2	n2 mol	φ丙	ν丙	P丙

A．n1=n2=3.2 B．φ甲=φ丙＞φ乙 C．ν乙＞ν丙＞ν甲 D．P乙＞P甲=P丙

II.（1）常溫下，在x mol·L－1氨水中加入等體積的y mol·L－1硫酸得混合溶液M恰好顯中性。

①M溶液中所有離子濃度由大到小的順序為_________________。

②常溫下，NH3·H2O的電離常數K=_____(用含x和y的代數式表示，忽略溶液混合前后的體積變化)。

（2）利用電解法處理高溫空氣中稀薄的NO(O2濃度約為NO濃度的10倍)，裝置示意圖如下，固體電解質可傳導O2－

陰極的電極反應式為___________________________。

②消除一定量的NO所消耗的電量遠遠大于理論計算量，可能的原因是(不考慮物理因素)________。

Answer 1

【答案】CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g） 21.87 AC BD 2NO+4e-=N2+2O2- 陰極發生副反應O2+4e-=2O2-

【解析】

I.(1)標況下，5.6LCH4物質的量為：=0.25mol，吸收51.5kJ的熱量，則1mol甲烷反應吸收熱量=51.5kJ×=206kJ，該反應的熱化學方程式為：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206 kJ/mol；

(2)在150℃時2L的密閉容器中，將2mol CH4和2mol H2O(g)混合，經過15min達到平衡，此時CH4的轉化率為60%，則

①從反應開始至平衡，用氫氣的變化量來表示該反應速率v(H2)= =0.12molL-1min-1；

②結合①計算得到的平衡濃度，計算得到該反應的平衡常數K=(1.83×0.6)/(0.4×0.4)=21.87；

③A．v逆(H2)＝3v正(CO)，說明正逆反應速率相同，反應達到平衡狀態，故A正確；

B．密閉容器中混合氣體的質量和體積不變，密度始終不變，不能說明反應達到平衡狀態，故B錯誤；

C．反應前后氣體物質的量增加，氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，密閉容器中總壓強不變，說明反應達到平衡狀態，故C正確；

D．濃度關系和消耗量、起始量有關，c(CH4)=c(CO)不能說明反應達到平衡狀態，故D錯誤；

故答案為：AC；

(3)A．甲和丙為等效平衡，則n2=1.6mol，但乙與甲相比，相當于增大壓強，平衡向著正向移動，則n1＞3.2，故A錯誤；

B．甲和丙達到平衡狀態為相同平衡狀態，氮氣體積分數相同，乙相當于甲平衡狀態再加入1mol氮氣和3mol氫氣，增大壓強平衡正向進行，氮氣體積分數減小，φ甲=φ丙＞φ乙，故B正確；

C．乙容器中反應物濃度大于甲和丙，反應速率大，甲和丙起始濃度相同反應速率相同，故C錯誤；

D．乙中物質濃度是甲的2倍，且壓強大于甲，甲和丙為等效平衡，壓強相同，得到P乙＞P甲=P丙，故D正確；

故答案為：BD；

II.(1)①根據電荷守恒，c(NH4+)+c(H+)=c(OH-)+2c(SO42-)，混合后溶液顯中性，則c(NH4+)=2c(SO42-)，則；

②x molL-1氨水中加入等體積的y molL-1硫酸得混合溶液M恰好顯中性，則c(NH4+)=2c(SO42-)=2×molL-1=ymolL-1，混合后，根據物料守恒c(NH3H2O)+c(NH4+)=0.5x molL-1，則c(NH3H2O)=(0.5x-y)molL-1，K=c(NH4+)c(OH-)/c(NH3H2O)=y×1×10-7/(0.5x-y)=2y×10-7/(x-2y)；

(2)①陰極：NO得到電子生成N2，結合守恒原則，則電極方程式為2NO+4e-=N2+2O2-；

②消除一定量的NO所消耗的電量遠遠大于理論計算量，可能存在副反應，O2濃度約為NO濃度的10倍，氧氣易得到電子生成O2-，電極方程式為：O2+4e-=2O2-。