Question

【题目】Ⅰ、研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义

（1）已知：2SO2(g) + O2(g)2SO3(g) ΔH= —Q1 kJ·mol-1 ；2NO(g) + O2(g)2NO2(g) ΔH= —Q2kJ·mol-1则反应NO2(g) + SO2(g)SO3(g) + NO(g) 的ΔH= _________________kJ·mol-1。

（2）上述反应达化学平衡的标志是_________________。

A.混合气体的总质量保持不变

B.混合气体的总压强保持不变

C．混合气体的平均相对分子质量保持不变

D．混合气体的颜色保持不变

（3）CO可用于合成甲醇，反应方程式为：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示，该反应ΔH _______0（填“>”或“ <”），理由__________________________________。

Ⅱ、甲醇可作为燃料电池的原料。以CH4和H2O为原料，通过下列反应来制备甲醇。

①：CH4 ( g ) + H2O ( g ) ＝CO ( g ) + 3H2 ( g ) △H ＝+206.0 kJ·mol－1

②：CO ( g ) + 2H2 ( g ) ＝ CH3OH ( g ) △H＝—129.0 kJ·mol－1

（1）CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH (g)和H2(g)的热化学方程式为_________________________。

（2）将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O ( g )通入容积为100 L的反应室，在一定条件下发生反应I，测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图。

①假设100 ℃时达到平衡所需的时间为5 min，则用H2表示该反应的平均反应速率为_____________。

②100℃时反应I的平衡常数为___________________。

Answer 1

【答案】-（Q1 -Q2）/2 D < 压强相同时，温度升高，CO的平衡转化率减小，平衡逆向移动，逆向吸热，则正向放热 CH4(g)+H2O(g)＝CH3OH (g)+H2(g) △H ＝+77.0 kJ·mol－1 0.003 mol·L－1·min－1 2.25×10-4 mol2·L—2

【解析】

Ⅰ.（1）根据盖斯定律进行计算；

（2）根据可逆反应达到平衡状态的依据进行判断；

（3）从图像上来看，压强相同时，温度升高，CO的平衡转化率减小，平衡逆向移动，逆向吸热，则正向放热；

Ⅱ.（1）根据盖斯定律进行计算；

（2）依据化学平衡三段式列式进行计算。

Ⅰ.（1）已知：①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-Q1 kJ·mol-1 ，②2NO(g) +O2(g)2NO2(g) ΔH=-Q2kJ·mol-1，利用盖斯定律将①×1/2-②×1/2得NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) 的ΔH=-（Q1 -Q2）/2kJ·mol-1，故答案为：-（Q1 -Q2）/2。

（2）A.反应前后气体总质量始终不变，不能判断是否平衡，故A错误；

B.该反应是一个反应前后气体计量数不变的化学反应，无论该反应是否达到平衡状态，容器中混合气体的总压强保持不变，故B错误；

C.反应前后物质的量不变，气体质量守恒，所以混合气体的平均相对分子质量保持不变，故C错误；

D.当反应达到平衡状态时，各物质的浓度不再变化，所以溶液内混合气体的颜色保持不变，故D正确。

故答案为：D。

（3）从图像上来看，压强相同时，温度升高，CO的平衡转化率减小，平衡逆向移动，逆向吸热，则正向放热，故ΔH＜0，故答案为：＜；压强相同时，温度升高，CO的平衡转化率减小，平衡逆向移动，逆向吸热，则正向放热。

Ⅱ.（1）①CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.0kJ/mol

②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=-129.0kJ/mol

依据盖斯定律①+②得到CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g））△H=+77kJ/mol

故答案为：CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g））△H=+77kJ/mol。

（2）①将1.0molCH4和2.0molH2O（g）通入容积固定为100L的反应室，在一定条件下发生反应I：图象分析可知100°C甲烷转化率为50%，依据化学平衡三段式列式

CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）

起始量（mol） 1.0 2.0 0 0

变化量（mol） 1.0×50% 0.5 0.5 1.5

平衡量（mol） 0.5 1.5 0.5 1.5

假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示该反应的平均反应速率=1.5mol÷100L÷5min=0.003 mol·L-1·min-1

故答案为：0.003 mol·L-1·min-1。

②100℃时反应I的平衡浓度为c（CH4）=0.005mol/L，c（H2O）=0.015mol/L，c（CO）=0.005mol/L，c（H2）=0.015mol/L，

平衡常数K=c(CO)c3(H2)c(CH4)c(H2O)=0.005×0.0153/0.005×0.015=2.25×10-4mol2·L-2

故答案为：2.25×10-4mol2·L-2。