Question

Ⅰ．据报道，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰（甲烷的水合物)试采获得成功。甲烷是一种重要的化工原料。

（1）甲烷重整是提高甲烷利用率的重要方式，除部分氧化外还有以下二种：

水蒸气重整：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)    ΔH₁=+205.9kJ·mol^-1   ①

CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)     ΔH₂=－41.2kJ·mol^-1 ②

二氧化碳重整：CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)  ΔH₃     ③

则反应 ①自发进行的条件是________________，ΔH₃ =_____________kJ·mol^-1。

Ⅱ．氮的固定一直是科学家研究的重要课题，合成氨则是人工固氮比较成熟的技术，其原理为N₂ (g)+3H₂ (g)2NH₃(g)  

（2）在不同温度、压强和相同催化剂条件下，初始时N₂、H₂分别为0.1mol、0.3mol时，平衡后混合物中氨的体积分数（φ）如下图所示。

①其中，p₁、p₂和p₃由大到小的顺序是________，其原因是_________________。

②若分别用v_A(N₂)和v_B(N₂)表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率，则v_A(N₂)______ v_B(N₂)（填“>”“<”或“=”）

③若在250℃、p₁为10⁵Pa条件下，反应达到平衡时容器的体积为1L，则该条件下B点N₂的分压p(N₂)为_________Pa (分压=总压×物质的量分数，保留一位小数)。

Ⅲ．以连二硫酸根(S₂O₄^2－)为媒介，使用间接电化学法也可处理燃煤烟气中的NO，装置如图所示：

①阴极区的电极反应式为_____________________________。

②NO吸收转化后的主要产物为NH₄⁺，若通电时电路中转移了0.3mole^－，则此通电过程中理论上吸收的NO在标准状况下的体积为_______mL。

Answer

高温 +247.1 p1>p2>p3 温度相同时，增大压强化学平衡向正反应方向移动，故平衡混合物中氨的体积分数越大压强越大 < 8.3×103 2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O 1344

【解析】

Ⅰ．(1)反应 ①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1=+205.9kJ·mol-1的ΔH＞0，ΔS＞0，反应要自发进行，△G=△H-T△S＜0，需要高温，才自发进行；根据①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1=+205.9kJ·mol-1，②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=－41.2kJ·mol-1，根据盖斯定律，将①-②得：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH3=(+205.9kJ·mol-1)-(－41.2kJ·mol-1)=+247.1 kJ·mol-1，故答案为高温； +247.1；

Ⅱ．(2)①由N2+3H2⇌2NH3可知，增大压强，平衡正向移动，由图象可知在相同温度下，平衡后混合物中氨的体积分数(φ)为P1＞P2＞P3，因此压强关系是p1＞p2＞p3，故答案为p1＞p2＞p3；温度相同时，加压平衡正向移动，故压强越大平衡混合物中氨的体积分数越大，压强越大；

②温度越大，压强越大，反应速率越大，p1＞p2，由图可知，B对应的温度、压强大，则反应速率大，故答案为＜；

③ N2 + 3H2 ⇌ 2NH3

开始(mol) 0.1    0.3        0

转化(mol) x    3x            2x

平衡(mol) 0.1-x  0.3-3x        2x  

=0.667，x=0.08mol，则B点N2的分压p(N2)为×105Pa=8.3×103 Pa，故答案为8.3×103；

Ⅲ．①由图可知，阴极区通入液体主要含SO32-，流出主要含S2O42-，所以阴极区电极反应式为2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O，故答案为2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O；

②由于NO吸收转化后的主要产物为NH4+，NO～NH4+～5e-，若电路中转移转移0.3mol e-，需要消耗NO 0.06mol，标准状况下体积为0.06mol×22.4L/mol =1344mL，故答案为1344。