Question

【題目】C、N、S的氧化物常會造成一些環境問題，科研工作者正在研究用各種化學方法來消除這些物質對環境的不利影響。

（1）在催化劑存在的條件下，用H2將NO還原為N2。已知：

則氫氣和一氧化氮反應生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程式是_____。

（2）在500℃下合成甲醇的反應原理為：

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)在1L的密閉容器中，充入1mol CO2和3mol H2，壓強為p0，測得CO2(g)和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。(可逆反應的平衡常數可以用平衡濃度計算，也可以用平衡分壓Kp代替平衡濃度，計算分壓＝總壓×物質的量分數)

①反應進行到4min時，v(正)__v(逆) (填“>”“<”或“＝”)。0～4min，H2的平均反應速率v(H2)＝_mol·L－1·min－1。

②CO2平衡時的體積分數為___，該溫度下Kp為__(用含有p0的式子表示)。

③下列能說明該反應已達到平衡狀態的是___。

A.v正(CH3OH)＝3v逆(H2)

B.CO2、H2、CH3OH和H2O濃度之比為1：3：1：1

C.恒溫恒壓下，氣體的體積不再變化

D.恒溫恒容下，氣體的密度不再變化

④500℃、在2個容積都是2L的密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如下：

容器	容器甲	容器乙
反應物起始投入量	1mol CO2，3mol H2	0.5mol CO2，1mol H2 1mol CH3OH，1mol H2O
CH3OH的平衡濃度/mol ·L－1	C1	C2

則乙容器中反應起始向___方向進行；c1___c2。(填“>”“<”或“＝”)

（3）甲醇作為一種燃料還可用于燃料電池。在溫度為650℃的熔融鹽燃料電池中用甲醇、空氣與CO2的混合氣體作反應物，鎳作電極，用Li2CO3和Na2CO3混合物作電解質。該電池的負極反應式為___。

Answer 1

【答案】2NO(g)+2H2 (g)=N2(g)+2H2O(g) △H=－734.7kJ·mol-1 > 0.375 10% 256/(3p02 )或 C 逆反應 < CH3OH－6e－+3CO32－=4CO2↑+2H2O

【解析】

（1）△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能；

（2）①根據4min后，反應物和生成物量的變化確定反應方向；根據v=△c/△t計算甲醇或CO2的速率，再根據速率比等于化學計量數之比計算 H2；

②根據三行式法計算；

③變量不在發生改變，證明反應達到了平衡；

④列三行式進行判斷；

（3）燃料在負極反應，氧氣在正極反應，書寫電極反應式。

（1）△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能=2×630KJ/mol+2×436KJ/mol-941.7 KJ/mol-2×962.5KJ/mol=-734.7kJ·mol-1則熱化學方程式為2NO(g)+2H2 (g)=N2(g)+2H2O(g) △H=－734.7kJ·mol-1；

答案：2NO(g)+2H2 (g)=N2(g)+2H2O(g) △H=－734.7kJ·mol-1

（2）①反應進行到4min后，甲醇的濃度仍在增加，二氧化碳濃度仍在減小，說明反應在正向進行，則v(正) >v(逆)。0～4min，v（CO2）==0.125 mol·L－1·min－1，則H2的平均反應速率v(H2)=3 v（CO2）＝3×0.125=0.375mol·L－1·min－1。

答案：> 0.375

② CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

n（初） 1 3 0 0

△n 0.75 0.75 0.75 0.75

n（平衡）0.25 0.75 0.75 0.75

CO2平衡時的體積分數為=10%；平衡后的總壓強為P0=，CO2產生的壓強為=0.0625P0，氫氣、甲醇、水蒸氣平衡后的物質的量相等，壓強相等，壓強均為 =0.1875P0，平衡常數為Kp== 或256/(3p02 )；

答案：10% 256/(3p02 )或

③A.速率比不等于化學計量數之比，故A錯誤；

B.反應中CO2、H2、H2O與CH3OH的物質的量濃度之比決定于反應開始時加入物質的多少，與平衡狀態無關，故B錯誤；

C.因為正反應為氣體體積減小的反應，恒溫恒壓時，反應正向進行氣體體積就在減小，當氣體的體積不再變化，則達到平衡狀態，故C正確；

D.根據質量守恒定律，反應前后氣體質量不變，若體積不變，則密度始終不變，所以密度不變不能說明反應達到平衡狀態，故D錯誤；

答案：C

④先根據②計算K

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

c（初） 1 3 0 0

△c 0.75 0.75 0.75 0.75

c（平衡） 0.25 0.75 0.75 0.75

k===

容器乙：

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

c（初） 0.25 1/2 0.5 0.5

Qc==8>k,反應逆反應方向進行。

容器乙中氣體初始物質的量全換算為反應物

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

n（初） 0.5 1 1 1

換算后n 1.5 4

容器乙中反應物的濃度大于容器甲，因為T、V相同，則乙容器中物質的平衡濃度大于甲容器中物質的平衡濃度。

答案：逆反應 <

（3）甲醇燃料電池中甲醇失電子被氧化，在負極發生反應，電極反應式為CH3OH+3CO32--6e-=4CO2+2H2O；

答案： CH3OH+3CO32--6e-=4CO2+2H2O