Question

【题目】随着人们的物质生活水平的不断提高和工业化快速发展，环境污染也日益加重，空气中有毒气体主要包括SO2、CO、NOx、烃类等等。

（1）在复合组分催化剂作用下，CH4可使SO2转化为S，同时生成CO2和水。已知CH4和S的燃烧热ΔH分别为-890 kJ/mol和-297kJ/mol，则CH4和SO2反应的热化学方程式为_______________。

（2）在20 L的密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH。测得CO的转化率随温度及不同压强的变化如图所示，P2和195 ℃时n(H2)随时间的变化结果如表所示。

①P2及195℃下，在B点时，v(正)_____v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。

②该反应的ΔH_________0（填“>”、“<”或“=”），原因是______________________________。

③在0～2 min，平均反应速率v(H2)＝______________________。（数值用小数形式表示）

④在P2及195 ℃时，该反应的平衡常数Kp=__________ (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，结果用含P2的分式表示)。

（3）某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理见图所示。

①气体A中除了O2外，一定还含有的气体是________。

②该电池的负极反应式为__________________________。

Answer 1

【答案】CH4 (g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H= -296 kJ/mol < < 其他条件不变时，升高温度，一氧化碳的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，说明逆反应方向为吸热，正反应方向放热 0.075 mol·L－1 ·min－1 CO2或二氧化碳 CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O

【解析】

（1）已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890 kJ/mol ①

S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH=-297kJ/mol ②

将①-2×②即得CH4和SO2反应的热化学方程式。

（2）①在B点时，CO的转化率有向A转化的趋势，则由CO的转化率的变化，可推出平衡移动的方向，从而得出v(正)与v(逆)的关系。

②由图中数据可以看出，升高温度，CO的转化率减小，则可推出平衡移动的方向及ΔH。

③在0～2 min，平均反应速率v(H2)＝。

④在P2及195 ℃时，三段式关系为：

该反应的平衡常数Kp=。

（3）①气体A中O2+4e-=2O2-，O2-最终将转化为CO32-，二者的差值为CO2。

②该电池的负极为CH4失电子，需要结合CO32-才能中和电性，生成CO2和H2O。

（1）已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890 kJ/mol ①

S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH=-297kJ/mol ②

将①-2×②即得：CH4 (g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H= -296 kJ/mol。答案为：CH4 (g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H= -296 kJ/mol；

（2）①在B点时，CO的转化率有向A转化的趋势，则CO的转化率减小，平衡逆向移动，v(正)<v(逆)。答案为：<；

②升高温度，CO的转化率减小，平衡逆向移动，则该反应的ΔH<0，原因是其他条件不变时，升高温度，一氧化碳的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，说明逆反应方向为吸热，正反应方向放热。答案为：<；其他条件不变时，升高温度，一氧化碳的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，说明逆反应方向为吸热，正反应方向放热；

③在0～2 min，平均反应速率v(H2)＝=0.075 mol·L－1 ·min－1。答案为：0.075 mol·L－1 ·min－1；

④在P2及195 ℃时，三段式关系为：

该反应的平衡常数Kp==。答案为：；

（3）①气体A中O2+4e-=2O2-，O2-最终将转化为CO32-，二者的差值为CO2，从而得出一定还含有的气体是CO2。答案为：CO2；

②该电池的负极为CH4失电子，需要结合CO32-才能中和电性，生成CO2和H2O，电极反应式为CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O。答案为：CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O。