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两种：

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

CO(g)＋H₂O(g) CO₂(g)＋H₂(g)　ΔH₂＝－41.2 kJ·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N₂、H₂ 分别为0.1 mol、0.3 mol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____________，该反应ΔH _______0(填“>”“<”或“＝”)。

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10⁵ Pa条件下，反应达到平衡时容器的体积为1 L，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：

（3）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0.3 mol e^－，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。

Ⅳ.（4）常温下，将a mol·L^-1的醋酸与b mol·L^-1Ba(OH)₂ 溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c(Ba²⁺)=c(CH₃COO^-)，则该混合溶液中醋酸的电离常数K_a=___________(用含a和b的代数式表示)。

Answer

高温 ＋247.1 p1>p2>p3 < < 8.3×103 2SO32-＋4H＋＋2e－=S2O42-＋2H2O 1344

【解析】

I．（1）反应自发进行的条件是△H-T△S<0，

水蒸气重整：CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g）△H1=+205.9kJ•mol-1 ①

CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）△H2=-41.2kJ•mol-1 ②
二氧化碳重整：CH4（g）+CO2（g）⇌2CO（g）+2H2（g）△H3 ③
盖斯定律计算①-②得到反应③的热化学方程式；

Ⅱ．（2）①由方程式N2+3H2⇌2NH3可知，增大压强，平衡正向移动，氨的体积分数越大；
②温度越大，压强越大，反应速率越大；

③用三段式解，设转化的氮气的物质的量为x：

=0.667，x=0.08。平衡分压=总压×气体物质的量分数；

（3）①阴极区失去电子生成S2O42-；

②结合NO～NH4+～5 e-计算。

Ⅳ.（4）溶液等体积混合溶质浓度减少一半，醋酸电离平衡常数与浓度无关，结合概念计算．

I.(1)水蒸气重整：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝＋205.9 kJ·mol－1①，△H>0，△S>0，满足△H−T△S<0，则需要高温。

水蒸气重整CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝＋205.9 kJ·mol－1①

CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1②

二氧化碳重整：CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g) ΔH3③

盖斯定律计算①-②得到反应③的热化学方程式CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g)△H3=+247.1KJ/mol，

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，压强相同时，升高温度平衡逆向移动，故温度越高平衡混合物中氨的体积分数越小，故反应热小于零，

故答案为：p1>p2>p3；<；

②温度越，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：<；

③③用三段式解，设转化的氮气的物质的量为x：

=0.667，x=0.08。

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)==8.3×103，

故答案为： 8.3×103；

III.(3)①由图可知，阴极区通入液体主要含SO32−，流出液主要含S2O42−，所以阴极区电极反应式为SO32-＋4H＋＋2e－=S2O42-＋2H2O，

故答案为：SO32-＋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0.3mole−，消耗NO0.06mol，标准状况下体积为=0.06mol×22.4L/mol=1.344L=1344mL，

故答案为：1344。

Ⅳ. (4)反应平衡时,2c(Ba2+)=c(CH3COO−)=bmol/L，据电荷守恒，溶液中c(H+)=c(OH−)=10−7mol/L，溶液呈中性，醋酸电离平衡常数依据电离方程式写出K= == ；

用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数为，

故答案为：。