题目内容
【题目】随着人们的物质生活水平的不断提高和工业化快速发展，环境污染也日益加重，空气中有毒气体主要包括SO2、CO、NOx、烃类等等。
（1）在复合组分催化剂作用下，CH4可使SO2转化为S，同时生成CO2和水。已知CH4和S的燃烧热ΔH分别为-890 kJ/mol和-297kJ/mol，则CH4和SO2反应的热化学方程式为_________________________________________。
（2）在20 L的密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，发生反应：CO(g)＋2H2(g)
CH3OH(g) ΔH。测得CO的转化率随温度及不同压强的变化如图所示，P2和195 ℃时n(H2)随时间的变化结果如表所示。
①P2及195℃下，在B点时，v(正)_____v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。
②该反应的ΔH_________0（填“>”、“<”或“=”），原因是______________________________。
③在0～2 min，平均反应速率v(CH3OH)＝______________________。（数值用小数形式表示）
④在P2及195 ℃时，该反应的平衡常数Kp=__________ (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，结果用含P2的分式表示)。
（3）某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理见图所示。
①气体A中除了O2外，一定还含有的气体是________。
②该电池的负极反应式为__________________________。
【答案】CH4 (g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H= -296 kJ/mol < < 其他条件不变时，升高温度，一氧化碳的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，说明逆反应方向为吸热，正反应方向放热 0.0375 mol·L－1 min－1 9/P22 CO2或二氧化碳 CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O
【解析】
（1）CH4和SO2反应生成S、CO2和水，根据CH4和S的燃烧热化学方程式计算所求反应的△H ；
（2）①A点是平衡状态，B点转化率大于A点，应该向逆反应方向移动，所以B点v（正）＜v（逆）；
②升高温度时，CO的转化率降低，平衡逆向移动，则逆向为吸热反应，据此分析；
③Kp=P(CH3OH)/P2(H2)·P(CO)，列出三段式，表示出P(CH3OH)、P(H2)、P(CO)，代入表达式即可；
（3）该原电池为甲烷燃料电池，通入燃料的电极为负极、通入氧化剂的电极为正极。分别写出正负极反应式，结合两极产物进行分析；
（1）CH4和S的燃烧热ΔH分别为-890 kJ/mol和-297kJ/mol，则CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+ 2H2O(l) ΔH= -890 kJ/mol ①，S(s)+ O2(g)=SO2(g) ΔH= -297kJ/mol ②，①-2×②得，CH4 (g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H= -296 kJ/mol；
（2）①根据表中数据知，平衡时氢气转化率为50%，当可逆反应中初始反应物物质的量之比等于其计量数之比时，其反应物转化率相等，所以该温度和压强下CO的转化率为50%，根据图知，A点是平衡状态，B点转化率大于A点，该反应在该温度和压强下达到平衡状态，应该向逆反应方向移动，所以B点v（正）＜v（逆）；
②升高温度时，CO的转化率降低，平衡逆向移动，则逆向为吸热反应，故该反应的ΔH<0；
③在0～2 min，平均反应速率v(H2)＝Δn/v/Δt=3mol/20L/2min=0.075mol·L－1 min－1 ，v(CH3OH)=1/2 v(H2)=0.0375 mol·L－1 min－1；
④ CO(g)＋2H2(g)
CH3OH(g)
n0 4mol 8mol 0mol
Δn 2mol 4mol 2mol
n平 2mol 4mol 2mol
由三段式可知，反应前后物质的量之比=3:2，则平衡时压强P=2/3P2，故P(CH3OH)=2/3P2×2/8=1/6P2，P(H2)=1/3P2，P(CO)= 1/6P2，Kp=P(CH3OH)/P2(H2)·P(CO)= 1/6P2/[(1/3P2)2·1/6P2]=9/P22;
（3）该原电池为甲烷燃料电池，根据图象中电子流向知，左边电极为负极、右边电极为正极。负极反应式为CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O，正极反应式为O2+2CO2+4e-═2CO32-，所以气体A中除了O2外，一定还含有的气体是二氧化碳；
【题目】现有部分短周期元素的性质或原子结构如表：
元素编号 | 元素的性质或原子结构 |
X | 最外层电子数是次外层电子数的3倍 |
Y | 常温下单质是双原子分子，其氢化物的水溶液显碱性 |
Z | 第三周期元素的简单离子中半径最小 |
(1)元素X的一种单质在生活中常用作饮水机的消毒剂，该单质的化学式是________，元素Z的离子结构示意图为________。
(2)元素Y与氢元素形成一种离子YH
，请写出该离子电子式 __________________。
(3)写出Z元素最高价氧化物对应的水化物与NaOH溶液反应的离子方程式：
___________________________________。
(4)元素X与元素Y相比，非金属性较强的是________(用元素符号表示)，下列表述中能证明这一事实的是________。
a．Y的氢化物可在纯X2中燃烧生成X的氢化物和Y2
b．X的单质比Y的单质更容易与H2化合
c．X与Y形成的化合物中Y元素呈正价态
