Question

【题目】C、N、S的氧化物常会造成一些环境问题，科研工作者正在研究用各种化学方法来消除这些物质对环境的不利影响。

（1）在催化剂存在的条件下，用H2将NO还原为N2。已知：

则氢气和一氧化氮反应生成氮气和水蒸气的热化学方程式是_____。

（2）在500℃下合成甲醇的反应原理为：

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)在1L的密闭容器中，充入1mol CO2和3mol H2，压强为p0，测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。(可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算，也可以用平衡分压Kp代替平衡浓度，计算分压＝总压×物质的量分数)

①反应进行到4min时，v(正)__v(逆) (填“>”“<”或“＝”)。0～4min，H2的平均反应速率v(H2)＝_mol·L－1·min－1。

②CO2平衡时的体积分数为___，该温度下Kp为__(用含有p0的式子表示)。

③下列能说明该反应已达到平衡状态的是___。

A.v正(CH3OH)＝3v逆(H2)

B.CO2、H2、CH3OH和H2O浓度之比为1：3：1：1

C.恒温恒压下，气体的体积不再变化

D.恒温恒容下，气体的密度不再变化

④500℃、在2个容积都是2L的密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：

容器	容器甲	容器乙
反应物起始投入量	1mol CO2，3mol H2	0.5mol CO2，1mol H2 1mol CH3OH，1mol H2O
CH3OH的平衡浓度/mol ·L－1	C1	C2

则乙容器中反应起始向___方向进行；c1___c2。(填“>”“<”或“＝”)

（3）甲醇作为一种燃料还可用于燃料电池。在温度为650℃的熔融盐燃料电池中用甲醇、空气与CO2的混合气体作反应物，镍作电极，用Li2CO3和Na2CO3混合物作电解质。该电池的负极反应式为___。

Answer 1

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

【解析】

（1）△H=反应物总键能-生成物总键能；

（2）①根据4min后，反应物和生成物量的变化确定反应方向；根据v=△c/△t计算甲醇或CO2的速率，再根据速率比等于化学计量数之比计算 H2；

②根据三行式法计算；

③变量不在发生改变，证明反应达到了平衡；

④列三行式进行判断；

（3）燃料在负极反应，氧气在正极反应，书写电极反应式。

（1）△H=反应物总键能-生成物总键能=2×630KJ/mol+2×436KJ/mol-941.7 KJ/mol-2×962.5KJ/mol=-734.7kJ·mol-1则热化学方程式为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反应进行到4min后，甲醇的浓度仍在增加，二氧化碳浓度仍在减小，说明反应在正向进行，则v(正) >v(逆)。0～4min，v（CO2）==0.125 mol·L－1·min－1，则H2的平均反应速率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平衡时的体积分数为=10%；平衡后的总压强为P0=，CO2产生的压强为=0.0625P0，氢气、甲醇、水蒸气平衡后的物质的量相等，压强相等，压强均为 =0.1875P0，平衡常数为Kp== 或256/(3p02 )；

答案：10% 256/(3p02 )或

③A.速率比不等于化学计量数之比，故A错误；

B.反应中CO2、H2、H2O与CH3OH的物质的量浓度之比决定于反应开始时加入物质的多少，与平衡状态无关，故B错误；

C.因为正反应为气体体积减小的反应，恒温恒压时，反应正向进行气体体积就在减小，当气体的体积不再变化，则达到平衡状态，故C正确；

D.根据质量守恒定律，反应前后气体质量不变，若体积不变，则密度始终不变，所以密度不变不能说明反应达到平衡状态，故D错误；

答案：C

④先根据②计算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,反应逆反应方向进行。

容器乙中气体初始物质的量全换算为反应物

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

n（初） 0.5 1 1 1

换算后n 1.5 4

容器乙中反应物的浓度大于容器甲，因为T、V相同，则乙容器中物质的平衡浓度大于甲容器中物质的平衡浓度。

答案：逆反应 <

（3）甲醇燃料电池中甲醇失电子被氧化，在负极发生反应，电极反应式为CH3OH+3CO32--6e-=4CO2+2H2O；

答案： CH3OH+3CO32--6e-=4CO2+2H2O