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：CO₂(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；

Ⅱ．（1）0.225mol/（L﹒min）；反应3min时，c（CO2）= c（CH3OH）；；

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

（3）逆；该反应的逆反应是气体体积增大的的反应，增大容器的体积，相当于减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动；

Ⅲ．（1）负极；H2O2+2e-+2H+=2H2O；（2）1mol。

【解析】

试题分析：Ⅰ、由能量图，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-1，①-③×3+②得CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）△H=（-846.3+241.8×3+282）kJ•moL-1=+161.1kJ•moL-1；故答案为：+161.1；

Ⅱ．（1）Y的起始浓度为1mol/L，故Y表示二氧化碳，平衡时二氧化碳的浓度为0.25mol/L，故v（CO2）==0.075mol/（L﹒min），速率之比等于化学计量数之比，故v（H2）=3v（CO2）=3×0.075mol/（L﹒min）=0.225mol/（L﹒min），根据图像A点表示，反应3min时，c（CO2）= c（CH3OH），该反应平衡常数表达式K=，故答案为：0.225mol/（L﹒min）；反应3min时，c（CO2）= c（CH3OH）；；

（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，表明平衡向正反应方向移动，根据CO2(g) +3H2 (g) CH3OH (g) +H2O (g) △H＜0可知，温度需降低，故答案为：＜；改变温度，CH3OH的浓度增大，平衡向正反应方向移动，因该反应的正反应为放热反应，则T<500℃；

（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，压强减小，根据CO2(g) +3H2 (g) CH3OH (g) +H2O (g) 可知，平衡向逆反应方向移动，故答案为：逆；该反应的逆反应是气体体积增大的的反应，增大容器的体积，相当于减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动；

Ⅲ．（1）根据图示，二氧化硫与双氧水发生氧化还原反应，其中二氧化硫是还原剂，发生氧化反应，生成硫酸，石墨1为负极，双氧水是氧化剂，发生还原反应，生成水，石墨2是正极，电极反应为H2O2+2e-+2H+=2H2O，故答案为：负极；H2O2+2e-+2H+=2H2O；

（2）11.2 L(标准状况)SO2的物质的量为0.5mol，转移电子1mol，根据正极反应式，迁移H+的物质的量为1mol，故答案为：1mol。

考点：考查了盖斯定律的应用、物质的量或浓度随时间的变化曲线、原电池原理及其应用的相关知识。