Question

能源和环境保护是世界各国关注的热点话题。请回答下列问题：

Ⅰ．目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。甲烷自热重整是一种先进的制氢方法，其反应方程式为CH₄(g) +H₂O (g) =CO (g) +3H₂(g) 。

阅读下图，计算该反应的反应热△H=____________kJ·mol^-1。

Ⅱ．收集和利用CO₂是环境保护的热点课题。

500℃时，在容积为1L的密闭容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，发生如下反应：C0₂(g) +3H₂ (g) =CH₃OH (g) +H₂O (g) △H＜0，测得CO₂和CH₃OH的浓度与时间的关系如图所示。

（1） 0~10 min内v(H₂)=_____________， A点含义是_____________。该反应平衡常数表达式K=____________。

（2）反应在500℃达到平衡后，改变反应温度为T， CH₃OH的浓度以每分钟0. 030 mol/L逐渐增大，经5 min又达到新平衡。T______(填“>”、“<”或“=”)500℃，判断理由是_____________。

（3）温度为T时，反应达到平衡后，将反应容器的容积增大一倍。平衡向____________(填“正”或“逆”)反应方向移动，判断理由是____________。

Ⅲ．电化学法处理SO₂是目前研究的热点。

利用双氧水吸收SO₂可消除SO₂污染，设计装置如图所示。

（1）石墨1为___________(填“正极”或“负极”)；正极的电极反应式为____________。

（2）若11.2 L(标准状况)SO₂参与反应，则迁移H⁺的物质的量为____________。

Answer

Ⅰ. ＋161.1 KJ /molⅡ.

（1） 0.225 mol/(L·min) 该条件下反应3 min时，c(CO2)＝c(CH3OH) K＝。

（2）＜ , 改变温度，CH3OH的浓度增大，说明平衡向正反应方向移动，因该反应的正反应是放热反应，则T＜500 ℃。

（3） 逆 该反应的逆反应是气体分子数增大的反应，增大容器的容积，相当于减小压强，平衡向气体分子数增大的方向移动。

Ⅲ.（1）负极 H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O。

（2） 1 mol

【解析】

试题分析：Ⅰ（1）由能量图，可得：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-846.3kJ•moL-1 ②CO2(g)═CO(g)+O2(g)△H=+282kJ•moL-1 ③O2(g)+H2(g)═H2O(g)△H=-241.8kJ•moL-1 根据盖斯定律，①-③×3+②可得：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)，故△H=(-846.3+241.8×3+282)kJ•moL-1=+161.1kJ•moL-1；

Ⅱ.（1）由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v(H2)==0.225mol/(L•mon)；A点为两曲线交点，表示该条件下反应3 min时，c(CO2)＝c(CH3OH)；反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常数K=；

（2）改变温度，CH3OH的浓度增大，说明平衡向正反应方向移动，因该反应的正反应是放热反应，则T＜500 ℃；

（3）该反应的逆反应是气体分子数增大的反应，增大容器的容积，相当于减小压强，平衡向气体分子数增大的方向移动，故平衡向逆反应方向移动；

Ⅲ．（1）原电池工作时SO2被氧化，则石墨1为负极；正极的电极反应式为H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O；

（2）若11.2 L(标准状况)即0.5molSO2参与反应是转移电子数为0.5mol×2=1mol，则迁移H+的物质的量为1mol。

考点：考查化学平衡计算与影响因素、反应热计算及原电池理论。