Question

冬季是雾霾天气高发的季节，其中汽车尾气和燃煤尾气是造成雾霾的原因之一。

(1)使用甲醇汽油可以减少汽车尾气对环境的污染。工业上在 200℃和 10MPa 的条件下可用甲烷和氧气通过铜制管道反应制得甲醇，已知一定条件下，CH₄ 和 CH₃OH 的燃烧热分别 784kJ/mol 和 628kJ/mol 则 2CH₄(g)+O₂(g)2CH₃OH(g)  △H=_____。

(2)二甲醚也是清洁能源。用合成气在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为：2CO(g)+4H₂(g) ⇌CH₃OCH₃(g) +H₂O(g)     △H<0。某温度下，，将 2.0molCO(g)和 6.0molH₂(g)充入容积为 2L 的密闭容器中，反应到达平衡时， 改变压强和温度，平衡体系中 CH₃OCH₃(g)的物质的量分数变化情况如图所示，关于温度和压强的关系判断正确的是_____。

A．p₃>p₂，T₃>T₂

B．p₁>p₃，T₁>T₃

C．p₁>p₄，T₂>T₃

D．p₂>p₄，T₄>T₂

(3)汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g)+2CO(g)2CO₂(g) +N₂(g)；

①200K、pPa时，在一个容积为 2L的恒温密闭容器中充入 1.5molNO 和 2.0molCO，开始反应至 2min 时测得 CO 转化率为 30%，则用N₂表示的平均反应速率为v(N₂)=_________；反应达到平衡状态时，测得二氧化碳为 0.8mol，则平衡时的压强为起始压强的_________倍(保留两位小数)。

②该反应在低温下能自发进行，该反应的ΔH_____0(填“>”、“<”)

(4)一定温度下，将NO₂与SO₂以体积比 1：2 置于密闭容器中发生反应NO_2(g)+SO_2(g)⇌ SO_3(g)+NO(g)，达到平衡时SO₃的体积分数为 25%。该反应的平衡常数K= ______。

(5)利用原电池反应可实现NO₂ 的无害化，总反应为6NO₂+ 8NH₃=7N₂+12H₂O，电解质溶液为碱性。工作一段时间后，该电池正极区附近溶液 pH ____（填“变大”、“变小”或“不变”），负极电极反应式为 ____。

Answer

−312kJ/mol BC 0.075mol/(L·min) 0.89 ＜ 1.8 变大 2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O

【解析】

(1)根据CH4和CH3OH的燃烧热书写二者热化学方程式，结合盖斯定律进行计算；

(2)根据温度、压强等外界条件对平衡移动的影响及图中数据变化进行分析判断；

(3)①根据CO转化率计算消耗CO的物质的量，根据v =计算v(CO)，再根据速率之比等于化学计量数之比计算v(N2)；恒温恒容时，压强之比等于物质的量之比；

②由△H-T•△S<0及反应中熵的变化来判断；

(4)相同条件下体积之比等于物质的量之比，列三段式计算；

(5)正极上是二氧化氮得到电子发生还原反应，负极是氨气失电子发生氧化反应，结合电极反应分析判断。

(1)CH4和CH3OH的燃烧热分别是784kJ/mol和628kJ/mol则①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-784kJ/mol，②CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-628kJ/mol，结合盖斯定律（①-②）2得到热化学方程式2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)△H=-312kJ/mol，答案为：-312kJ/mol；

(2)由图可知，温度升高CO的转化率降低，说明升温平衡逆向移动，故正反应为放热反应，则温度越高二甲醚的质量分数越小，所以温度：T1>T2>T3>T4；正反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，二甲醚的质量分数增大，故压强：p1>p2>p3>p4，答案选：BC；

(3)①消耗CO物质的量为2.0mol30%=0.6mol，v(CO)==0.15 mol/(L•min)，速率之比等于化学计量数之比，所以v(N2)=v(CO)=0.075 mol/(L·min)；开始通入1.5molNO 和 2.0molCO，反应达到平衡状态时，测得二氧化碳为 0.8mol，列三段式为：

恒温恒容时，气体的压强之比等于物质的量之比，所以平衡时的压强为起始时压强的=0.89，答案为：0.075 mol/(L·min)；0.89；

②正反应为气体物质的量减小的反应，为熵减小的反应，即△S<0，而△H-T•△S<0反应能自发进行，该反应在低温下能自发进行，所以该反应的△H<0；

(4)相同条件下体积之比等于物质的量之比，设NO2与SO2的物质的量分别为1mol、2mol，容器体积为1L，则NO2与SO2的初始浓度分别为1mol/L、2mol/L，列三段式为：

达到平衡时SO3的体积分数为25%，则100%=25%，解得x=0.75，该反应的平衡常数K==1.8；

(5)原电池工作时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，根据电池总反应6NO2+ 8NH3=7N2+12H2O，可知正极上是二氧化氮得到电子发生还原反应，电极反应式为：2NO2+8e-+4H2O=N2+8OH-，产生OH-，c(OH-)变大，pH变大；NH3在负极失去电子发生氧化反应，电极反应式为：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，答案为：变大；2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O。