Question

【题目】I. 合成气（CO+H2）广泛用于合成有机物，工业上常采用天然气与水蒸气反应等方法来制取合成气。

（1）已知：5.6L(标况下)CH4与水蒸气完全反应，吸收51.5KJ的热量，请写出该反应的热化学方程式_______________________________________________。

（2）在150℃时2L的密闭容器中，将2 mol CH4和2 mol H2O(g)混合，经过15min达到平衡,此时CH4的转化率为60%。回答下列问题：

①从反应开始至平衡，用氢气的变化量来表示该反应速率v(H2)=____________。

②在该温度下，计算该反应的平衡常数K＝________________________(保留两位小数)。

③下列选项中能表示该反应已达到平衡状态的是__________________________

A.v(H2)逆＝3v (CO)正 B.密闭容器中混合气体的密度不变

C.密闭容器中总压强不变 D.C (CH4) = C (CO)

（3）合成气中的氢气也用于合成氨气：N2 + 3H22NH3。保持温度和体积不变， 在甲、乙、丙三个容器中建立平衡的相关信息如下表。则下列说法正确的是___________。

容 器	体积	起始物质	平衡时NH3的物质的量	平衡时N2的 体积分数	反应开始时的速率	平衡时容器内压强
甲	1L	1molN2+3molH2	1.6mol	φ甲	ν甲	P甲
乙	1L	2molN2+6molH2	n1 mol	φ乙	ν乙	P乙
丙	2L	2molN2+6molH2	n2 mol	φ丙	ν丙	P丙

A．n1=n2=3.2 B．φ甲=φ丙＞φ乙 C．ν乙＞ν丙＞ν甲 D．P乙＞P甲=P丙

II.（1）常温下，在x mol·L－1氨水中加入等体积的y mol·L－1硫酸得混合溶液M恰好显中性。

①M溶液中所有离子浓度由大到小的顺序为_________________。

②常温下，NH3·H2O的电离常数K=_____(用含x和y的代数式表示，忽略溶液混合前后的体积变化)。

（2）利用电解法处理高温空气中稀薄的NO(O2浓度约为NO浓度的10倍)，装置示意图如下，固体电解质可传导O2－

阴极的电极反应式为___________________________。

②消除一定量的NO所消耗的电量远远大于理论计算量，可能的原因是(不考虑物理因素)________。

Answer 1

【答案】CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g） 21.87 AC BD 2NO+4e-=N2+2O2- 阴极发生副反应O2+4e-=2O2-

【解析】

I.(1)标况下，5.6LCH4物质的量为：=0.25mol，吸收51.5kJ的热量，则1mol甲烷反应吸收热量=51.5kJ×=206kJ，该反应的热化学方程式为：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206 kJ/mol；

(2)在150℃时2L的密闭容器中，将2mol CH4和2mol H2O(g)混合，经过15min达到平衡，此时CH4的转化率为60%，则

①从反应开始至平衡，用氢气的变化量来表示该反应速率v(H2)= =0.12molL-1min-1；

②结合①计算得到的平衡浓度，计算得到该反应的平衡常数K=(1.83×0.6)/(0.4×0.4)=21.87；

③A．v逆(H2)＝3v正(CO)，说明正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，故A正确；

B．密闭容器中混合气体的质量和体积不变，密度始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；

C．反应前后气体物质的量增加，气体压强之比等于气体物质的量之比，密闭容器中总压强不变，说明反应达到平衡状态，故C正确；

D．浓度关系和消耗量、起始量有关，c(CH4)=c(CO)不能说明反应达到平衡状态，故D错误；

故答案为：AC；

(3)A．甲和丙为等效平衡，则n2=1.6mol，但乙与甲相比，相当于增大压强，平衡向着正向移动，则n1＞3.2，故A错误；

B．甲和丙达到平衡状态为相同平衡状态，氮气体积分数相同，乙相当于甲平衡状态再加入1mol氮气和3mol氢气，增大压强平衡正向进行，氮气体积分数减小，φ甲=φ丙＞φ乙，故B正确；

C．乙容器中反应物浓度大于甲和丙，反应速率大，甲和丙起始浓度相同反应速率相同，故C错误；

D．乙中物质浓度是甲的2倍，且压强大于甲，甲和丙为等效平衡，压强相同，得到P乙＞P甲=P丙，故D正确；

故答案为：BD；

II.(1)①根据电荷守恒，c(NH4+)+c(H+)=c(OH-)+2c(SO42-)，混合后溶液显中性，则c(NH4+)=2c(SO42-)，则；

②x molL-1氨水中加入等体积的y molL-1硫酸得混合溶液M恰好显中性，则c(NH4+)=2c(SO42-)=2×molL-1=ymolL-1，混合后，根据物料守恒c(NH3H2O)+c(NH4+)=0.5x molL-1，则c(NH3H2O)=(0.5x-y)molL-1，K=c(NH4+)c(OH-)/c(NH3H2O)=y×1×10-7/(0.5x-y)=2y×10-7/(x-2y)；

(2)①阴极：NO得到电子生成N2，结合守恒原则，则电极方程式为2NO+4e-=N2+2O2-；

②消除一定量的NO所消耗的电量远远大于理论计算量，可能存在副反应，O2浓度约为NO浓度的10倍，氧气易得到电子生成O2-，电极方程式为：O2+4e-=2O2-。