Question

【题目】I．氢气在工业合成中应用广泛。

（1）通过下列反应可以制备甲醇

①CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g） △H=－90.8kJ·mol－1

②CO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g） △H=+41.3kJ·mol－1

请写出由CO2和H2制取甲醇的热化学方程式：______________________。

Ⅱ．CH4可以消除氮氧化物的污染，主要反应原理为

CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+2H2O（g）+N2（g） △H=－868.7kJ·mol－1

（2）在3.00L密闭容器中通入1 mol CH4和2 mol NO2，在一定温度下进行上述反应，反应时间（t）与容器内气体总压强（p）的数据见下表：

反应时间t/min	0	2	4	6	8	10
总压强P/×100kPa	4.80	5.44	5.76	5.92	6.00	6.00

由表中数据计算，0~4min内v（NO2）=___________，该温度下的平衡常数K=___________。

（3）在一恒容装置中通入一定量CH4和NO2，测得在相同时间内和不同温度下，NO2的转化率如下图。则下列叙述正确的是___________。

A 若温度维持在200℃更长时间，NO2的转化率将大于19%

B 反应速率b点的v（逆）>e点的（逆）

C 平衡常数：c点=d点

D b点反应未达到平衡

（4）利用氨气可以设计高能环保燃料电池，用该电池电解含有NO3－的碱性工业废水，在阴极产生N2。阴极的电极反应式为______________________；在标准状况下，当阴极收集到13.44LN2时，理论上消耗NH3的体积为___________。

（5）常温下，用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液，在 NH4HCO3溶液中c（NH4+）___________c（HCO3－）（填“>”“<”或“=”）；反应NH4++HCO3－+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=___________。（已知常温下NH3·H2O的电离平衡常数Kb=2×10－5，H2CO3的电离平衡常数K1=4×10－7，K2=4×10－11）

Answer 1

【答案】 0.1mol·L-1·min-1 6.75 AD 44.8L > 1.25×10-3

【解析】

（1）由盖斯定律计算可得；

（2）由题给数据建立三段式，依据压强之比等于物质的量比计算0~4min和平衡时各物质的物质的量，运用化学反应速率和化学平衡常数公式计算；

（3）由图可知，温度400℃、500℃转化率最大，反应达到平衡状态，400℃之前反应没有到达平衡状态，该反应为放热反应，500℃之后升高温度，平衡向逆反应方向移动，NO2的转化率降低；

（4）由题给信息可知，NO2－在阴极上得电子发生还原反应生成N2；由得失电子数目守恒计算理论上消耗NH3的体积；

（5）由电离常数大小判断溶液中HCO3-和NH4+的水解程度；找出化学平衡常数与水的离子积常数和电离常数的关系计算。

（1）由盖斯定律可知，①+②得CO2和H2制取甲醇的热化学方程式CO2（g）+3H2（g）= CH3OH（g）+H2O（g），△H=△H1+△H2=（－90.8kJ·mol－1）+（+41.3kJ·mol－1）=－49.5kJ·mol－1，故答案为：CO2（g）+3H2（g）= CH3OH（g）+H2O（g）△H=－49.5kJ·mol－1；

（2）设0~4min内CH4的消耗量为x，由题意建立如下三段式：

CH4（g）+2NO2（g）CO2（g）+2H2O（g）+N2（g）

起（mol） 1 2 0 0 0

变（mol） x 2x x 2x x

4min（mol）1—x 2—2x x 2x x

由=得关系式=，解得x=0.6mol，则0~4min内v（NO2）===0.1mol·L-1·min-1；由表中数据可知，8min时反应达到平衡，设CH4的消耗量为y，由题意建立如下三段式：

CH4（g）+2NO2（g）CO2（g）+2H2O（g）+N2（g）

起（mol） 1 2 0 0 0

变（mol） y 2y y 2y y

平（mol） 1—y 2—2y y 2y y

由=得关系式=，解得y=0.75mol，平衡时c（CH4）、c（NO2）、c（CO2）、c（H2O）、c（N2）分别为mol/L、mol/L、mol/L、mol/L、mol/L，则化学平衡常数K===6.75，故答案为：0.1mol·L-1·min-1；6.75；

（3）A、图中200℃时，反应没有到达平衡，向正反应进行，温度维持在200℃更长时间，NO2的转化率将大于19%，故正确；

B、温度越高，化学反应速率越大，由图可知b点反应温度低于e点反应温度，则b点的v (逆) <e点的v (逆)，故错误；

C、该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，化学平衡常数减小，由图可知c点反应温度低于d点反应温度，则化学平衡常数c>d，故错误；

D、由图可知，温度400℃、500℃转化率最大，反应达到平衡状态，400℃之前反应没有到达平衡状态，则b点反应未达到平衡，故正确；

AD正确，故答案为：AD；

（4）由题给信息NO3－→N2可知，N元素化合价由＋3价→0价，NO2－在阴极上得电子发生还原反应生成N2，电极反应式为2NO3－＋6H2O＋10e－=N2↑＋12OH－；标况下，13.44LN2的物质的量为=0.6mol，NH3在阳极上失电子发生氧化反应生成N2，由得失电子守恒可得n(NH3)×3=n(N2)×10，解得n(NH3)=2mol，体积为2mol×22.4L/mol=44.8L，故答案为：2NO3－＋6H2O＋10e－=N2↑＋12OH－；44.8；

（5）由NH3．H2O的电离平衡常数Kb=2×10-5，H2CO3的电离平衡常数K1=4×10-7可知在溶液中NH3．H2O的电离大于H2CO3的电离，则溶液中HCO3-的水解程度大于NH4+，所以NH4HCO3溶液中c（NH4+） 大于c（HCO3-）；反应NH4++HCO3－+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=====1.25×10-3，故答案为：＞；1.25×10-3。