题目内容

氢气是一种清洁、高效的新型能源。
I.用甲烷制取氢气的反应分为两步,其能量变化如下图所示:

(1)甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是           
II.在容积为1L的密闭容器内,加入0.1molCO和0.1molH2O,在催化剂存在的条件下高温加热使其反应。测得CO2的浓度随时间变化的图像如图:

(2)在该温度下,从反应开始至达到平衡时,CO的平均反应速率为              
(3)该温度下,此反应的化学平衡常数为(可以用分数表示)       
(4)下列改变中,能使平衡向正反应方向移动的是      

A.升高温度B.增大压强
C.增大H2O(g)的浓度D.减少CO2(g)的浓度
(5)保持温度不变,若起始时c(CO)=1mol·L-1 , c(H2O)="2" mol·L-1,反应进行一段时间后,测得H2的浓度为0.4 mol·L-1。通过计算,判断此时该反应进行的方向并说明理由                          

(每空2分,共10分)
(1)CH4(g) + 2H2O(g) = 4H2(g) + CO2(g)  ΔH=—136.5 kJ/mol
(2)0.003 mol·L-1·min-1    (3)    (4)CD
(5)正方向,Q=,所以该反应向正反应方向进行

解析试题分析:(1)根据图像可知,甲烷和水蒸气的总能量高于氢气和CO2的总能量,所以根据盖斯定律可知,该反应的反应热是ΔH=-103.3 kJ/mol-33.2 kJ/mol=—136.5 kJ/mol,则甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是CH4(g) + 2H2O(g) = 4H2(g) + CO2(g)  ΔH=—136.5 kJ/mol。
(2)根据图像可知,反应进行到10min时得到平衡状态,平衡时生成CO2的浓度是0.03mol/L,则消耗CO的浓度是0.03mol/L,所以CO的反应速率是0.03mol/L÷10s=0.003 mol·L-1·min-1
(3)平衡时CO和水蒸气的浓度均是0.1mol/L-0.03mol/L=0.07mol/L。而生成物CO2和氢气的浓度均是0.03mol/L,所以该温度下反应的平衡常数K=
(4)A、正方应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,A不正确;B、反应前后体积不变,增大氧气平衡不移动,B不正确;C、增大水蒸气的浓度,平衡向正反应方向移动,C正确;D、减小CO2的浓度,平衡向正反应方向移动,D正确;答案选CD。
(5)若起始时c(CO)=1mol·L-1 , c(H2O)=2 mol·L-1,反应进行一段时间后,测得H2的浓度为0.4 mol·L-1,这说明消耗CO和水蒸气的浓度均是0.4mol/L,所以平衡时CO和H 水蒸气的浓度分别是0.6mol/L和1.6mol/L,则Q=,所以该反应向正反应方向进行。
考点:考查反应热、反应速率、平衡常数的计算、外界条件对平衡状态的影响以及平衡常数的应用

练习册系列答案
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(15分)火力发电厂释放出大量氮氧化物(NOx)、SO2和CO2等气体会造成环境问题。对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。
(1)脱硝。利用甲烷催化还原NOx
CH4(g) + 4NO2(g) =4NO(g) + CO2(g) + 2H2O(g) △H1=-574 kJ·mol-1
CH4(g) + 4NO(g) =2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g)  △H2=-1160 kJ·mol-1
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为                                   
(2)脱碳。将CO2转化为甲醇:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)   △H3
       
①在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图1所示。回答:0~10 min内,氢气的平均反应速率为    mol/(L·min);第10 min后,保持温度不变,向该密闭容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g),则平衡        (填“正向”、“逆向”或“不”)移动。
②取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1∶3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图2所示,则上述CO2转化为甲醇的反应的△H3    0(填“>”、“<”或“=”)。
(3)脱硫。利用Na2SO3溶液可脱除烟气中的SO2。Na2SO3可由NaOH溶液吸收SO2制得。NaOH溶液吸收SO2的过程中,pH随n(SO32-)︰n(HSO3)变化关系如下表:

n(SO32)︰n(HSO3)
91︰9
1︰1
9︰91
pH
8.2
7.2
6.2
① 由上表判断,NaHSO3溶液显   性,用化学平衡原理解释:              
② 当溶液呈中性时,离子浓度关系正确的是(选填字母):    
a.c(Na+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)
b.c(Na+) > c(HSO3-) > c(SO32-) > c(H+) = c(OH-)
c.c(Na+) + c(H+) = c(SO32-) + c(HSO3-) + c(OH-)

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