Question

【題目】冬季是霧霾天氣高發的季節，其中汽車尾氣和燃煤尾氣是造成霧霾的原因之一。

(1)使用甲醇汽油可以減少汽車尾氣對環境的污染。工業上在 200℃和 10MPa 的條件下可用甲烷和氧氣通過銅制管道反應制得甲醇，已知一定條件下，CH4 和 CH3OH 的燃燒熱分別 784kJ/mol 和 628kJ/mol 則 2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g) △H=_____。

(2)二甲醚也是清潔能源。用合成氣在催化劑存在下制備二甲醚的反應原理為：2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g) +H2O(g) △H<0。某溫度下，，將 2.0molCO(g)和 6.0molH2(g)充入容積為 2L 的密閉容器中，反應到達平衡時， 改變壓強和溫度，平衡體系中 CH3OCH3(g)的物質的量分數變化情況如圖所示，關于溫度和壓強的關系判斷正確的是_____。

A．p3>p2，T3>T2

B．p1>p3，T1>T3

C．p1>p4，T2>T3

D．p2>p4，T4>T2

(3)汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g) +N2(g)；

①200K、pPa時，在一個容積為 2L的恒溫密閉容器中充入 1.5molNO 和 2.0molCO，開始反應至 2min 時測得 CO 轉化率為 30%，則用N2表示的平均反應速率為v(N2)=_________；反應達到平衡狀態時，測得二氧化碳為 0.8mol，則平衡時的壓強為起始壓強的_________倍(保留兩位小數)。

②該反應在低溫下能自發進行，該反應的ΔH_____0(填“>”、“<”)

(4)一定溫度下，將NO2與SO2以體積比 1：2 置于密閉容器中發生反應NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g)，達到平衡時SO3的體積分數為 25%。該反應的平衡常數K= ______。

(5)利用原電池反應可實現NO2 的無害化，總反應為6NO2+ 8NH3=7N2+12H2O，電解質溶液為堿性。工作一段時間后，該電池正極區附近溶液 pH ____（填“變大”、“變小”或“不變”），負極電極反應式為 ____。

Answer 1

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

【解析】

(1)根據CH4和CH3OH的燃燒熱書寫二者熱化學方程式，結合蓋斯定律進行計算；

(2)根據溫度、壓強等外界條件對平衡移動的影響及圖中數據變化進行分析判斷；

(3)①根據CO轉化率計算消耗CO的物質的量，根據v =計算v(CO)，再根據速率之比等于化學計量數之比計算v(N2)；恒溫恒容時，壓強之比等于物質的量之比；

②由△H-T△S<0及反應中熵的變化來判斷；

(4)相同條件下體積之比等于物質的量之比，列三段式計算；

(5)正極上是二氧化氮得到電子發生還原反應，負極是氨氣失電子發生氧化反應，結合電極反應分析判斷。

(1)CH4和CH3OH的燃燒熱分別是784kJ/mol和628kJ/mol則①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-784kJ/mol，②CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-628kJ/mol，結合蓋斯定律（①-②）2得到熱化學方程式2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)△H=-312kJ/mol，答案為：-312kJ/mol；

(2)由圖可知，溫度升高CO的轉化率降低，說明升溫平衡逆向移動，故正反應為放熱反應，則溫度越高二甲醚的質量分數越小，所以溫度：T1>T2>T3>T4；正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，二甲醚的質量分數增大，故壓強：p1>p2>p3>p4，答案選：BC；

(3)①消耗CO物質的量為2.0mol30%=0.6mol，v(CO)==0.15 mol/(Lmin)，速率之比等于化學計量數之比，所以v(N2)=v(CO)=0.075 mol/(L·min)；開始通入1.5molNO 和 2.0molCO，反應達到平衡狀態時，測得二氧化碳為 0.8mol，列三段式為：

恒溫恒容時，氣體的壓強之比等于物質的量之比，所以平衡時的壓強為起始時壓強的=0.89，答案為：0.075 mol/(L·min)；0.89；

②正反應為氣體物質的量減小的反應，為熵減小的反應，即△S<0，而△H-T△S<0反應能自發進行，該反應在低溫下能自發進行，所以該反應的△H<0；

(4)相同條件下體積之比等于物質的量之比，設NO2與SO2的物質的量分別為1mol、2mol，容器體積為1L，則NO2與SO2的初始濃度分別為1mol/L、2mol/L，列三段式為：

達到平衡時SO3的體積分數為25%，則100%=25%，解得x=0.75，該反應的平衡常數K==1.8；

(5)原電池工作時，負極發生氧化反應，正極發生還原反應，根據電池總反應6NO2+ 8NH3=7N2+12H2O，可知正極上是二氧化氮得到電子發生還原反應，電極反應式為：2NO2+8e-+4H2O=N2+8OH-，產生OH-，c(OH-)變大，pH變大；NH3在負極失去電子發生氧化反應，電極反應式為：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，答案為：變大；2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O。