题目内容
15．
以天然气为原料合成甲醇常见的方法有水煤气和目前正在开发的直接氧化法（I）有关热化学方程式如下：
水煤气法：
CH4（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO（g）+2H2（g）△H1=-35.4kJ•mol-1
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2=-90.1kJ•mol-1；
直接氧化法：
2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g）△H3=-251kJ•mol-1．
（2）工业废气二氧化碳催化加氢也可合成甲醇：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），△H．在密闭容器中投入1molCO2和2.75mol H2在不同条件下发生反应，实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示．
①二氧化碳合成甲醇正反应的△H＜（填“＞”“＜”或“=”，下同）．
②M、N两点时化学反应速率：v（N）＜v（M）．
③为提高CO2的转化率除可改变温度和压强外，还可采取的措施是增大氢碳比
④图中M点时，容器体积为10L，则N点对应的平衡常数K=1.04（填数值，保留2位小数）．
（3）一定条件下，向容积不变的某密闭容器中加入a molCO2和b mol H2发生反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），欲使整个反应过程中CO2的体积分数为恒定值，则a与b的关系是a=b．
分析 （1）①CH4（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO（g）+2H2（g）△H1=-35.4kJ•mol-1
②CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2=-90.1kJ•mol-1；
①×2+2×②得到2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g），根据盖斯定律来计算焓变即可；
（2）①由图可知，压强一定时，温度越高，CH3OH的物质的量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动；
②正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增大，结合图可知，P1＞P2，根据压强对反应速率的影响答题；
③在可逆反应中，增加一种反应物浓度可以提高另一反应物的转化率；
④图中M点时，容器体积为10L，结合M点的坐标可知，M点的CH3OH的物质的量为0.25mol，
根据反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）
起始（mol/L） 0.1 0.275 0 0
转化（mol/L）0.025 0.075 0.025 0.025
平衡（mol/L） 0.075 0.2 0.025 0.025
根据K=$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{3}（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}$计算；
（3）设转化的二氧化碳的物质的量为x，
根据反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），
起始 a b 0 0
转化 x 3x x x
平衡 a-x b-3x x x
则CO2的体积分数为$\frac{a-x}{a-x+b-3x+x+x}$=$\frac{a-x}{a+b-2x}$，据此讨论．
解答 解：（1））①CH4（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO（g）+2H2（g）△H1=-35.4kJ•mol-1
②CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2=-90.1kJ•mol-1；
①×2+2×②得到2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g），所以△H=2（-35.4kJ•mol-1）+2（-90.1kJ•mol-1）=-251kJ•mol-1，故答案为：-251；
（2）①由图可知，压强一定时，温度越高，CH3OH的物质的量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，△H＜0，
故答案为：＜；
②正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增大，故压强P1＞P2，压强增大，反应速率也增大，所以v（N）＜v（M），
故答案为：＜；
③在可逆反应中，增加一种反应物浓度可以提高另一反应物的转化率，所以为提高CO2的转化率除可改变温度和压强外，还可采取的措施是增大氢气物质的量比二氧化碳物质的量的值，故答案为：增大氢碳比；
④图中M点时，容器体积为10L，结合M点的坐标可知，M点的CH3OH的物质的量为0.25mol，
根据反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）
起始（mol/L） 0.1 0.275 0 0
转化（mol/L）0.025 0.075 0.025 0.025
平衡（mol/L） 0.075 0.2 0.025 0.025
K=$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{3}（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}$=$\frac{0.025×0.025}{0．{2}^{3}×0.075}$=1.04，
故答案为：1.04；
（3）设转化的二氧化碳的物质的量为x，
根据反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），
起始 a b 0 0
转化 x 3x x x
平衡 a-x b-3x x x
则CO2的体积分数为$\frac{a-x}{a-x+b-3x+x+x}$=$\frac{a-x}{a+b-2x}$，要使$\frac{a-x}{a+b-2x}$为恒定的值，则a=b，
故答案为：a=b．
点评 本题属于拼合型题目，涉及原电池、反应热计算、化学平衡常数、化学平衡影响因素、有机物推断等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，难度中等．
完成下列各题：（1）已知下列反应的热化学方程式：
①6C （s）+5H2（g）+3N2（g）+9O2（g）=2C3H5（ONO2）3（l）△H1；
②2H2（g）+O2 （g）=2H2O（g）△H2；
③C（s）+O2（g）═CO2（g）△H3．
则反应4C3H5（ONO2）3（l）=12CO2（g）+10H2O（g）+O2（g）+6N2（g）的△H为12△H3+5△H2-2△H1．
（2）向体积为10L的恒容密闭容器中通入3mol X，在一定温度下发生如下反应：2X（g）?Y（g）+az（g），经5min后反应达到反应限度（即达到平衡状态）．
①平衡时，测得容器内的压强为起始时的1.2倍，此时X的物质的量浓度为0.24mol•L-1，则方程式中a=3；用Y表示的反应速率为0.006mol•L-1•min-1．
②若上述反应在甲、乙、丙、丁四个同样的密闭容器中进行，在同一时间内测得容器内的反应速率如表所示：
| 容器 | 反应速率 | 容器 | 反应速率 |
| 甲 | v（X）=3.5mol•L-1•min-1 | 乙 | v（Y）=2 mol•L-1•min-1 |
| 丙 | v（Z）=4.5mol•L-1•min-1 | 丁 | v（X）=0.075mol•L-1•s-1 |
（3）高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途．用镍（Ni）、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸盐Na2FeO4的装置如图所示．
①则阳极的电极反应式为：Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O；
②若隔膜为阴离子交换膜，则OH-自左向右移动（填左、右）：
③假设电解前后体积变化忽略不计，撤去隔膜混合后，与原溶液比较pH降低（升高、降低或不变）
| A． | K1闭合，铁棒上发生的反应为2H++2e-→H2↑ | |
| B． | K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐降低 | |
| C． | K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法 | |
| D． | K2闭合，电路中通过0.4NA个电子时，两极共产生4.48L气体 |
| A． | 氢氧化钠与盐酸反应 OH-+H+=H2O | |
| B． | 用稀硫酸清除铁锈 Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O | |
| C． | 食盐水中滴加硝酸银溶液 Cl-+Ag+=AgCl↓ | |
| D． | 氢氧化钡跟硫酸铜溶液反应 Ba2++SO42-=BaSO4↓ |