Question

（1）将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O（g）通入反应室（容积为100L），在一定条件下发生反应：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）…
CH₄的转化率与温度、压强的关系如图1．
①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H₂表示的平均反应速率为

 

．
②图1中的p₁

 

p₂（填“＜”、“＞”或“=”），100℃时平衡常数为

 

．
③该反应的△H

 

0（填“＜”、“＞”或“=”）．
（2）某科研单位利用电化学原理用SO₂来制备硫酸，装置如图2，含有某种催化剂，电极为多孔的材料，能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触．通入SO₂的电极为

 

极，其电极反应式为

 

；
（3）己知：K_sp（AgCl）=1.8×10^-10，向50mL 0.018mol/L的AgNO₃溶液中加入相同体积0.020mol/L的盐酸，则c（Ag⁺）=

 

．此时所得混合溶液的pH=

 

．

Answer 1

考点：产物的百分含量随浓度、时间的变化曲线,原电池和电解池的工作原理,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①根据图象判断100℃时甲烷的转化率，根据反应方程式及甲烷的物质的量计算出生成氢气的物质的量，再根据反应速率的表达式计算出用H₂表示该反应的平均反应速率；
②转化率与温度、压强图象有三个变量，采用“定一议二”方法判断压强大小；计算平衡状态时各物质的浓度，代入平衡常数表达式计算；
③根据图象中压强不变，温度升高后甲烷的转化率判断该反应的焓变；
（2）本质为SO₂与O₂反应生成SO₃，SO₃再与水化合生成硫酸，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，据此进行解答；
（3）依据题干数据计算沉淀后溶液中氯离子浓度，结合Ksp计算溶液中银离子浓度，沉淀后溶液中剩余氢离子浓度，计算溶液pH．

解答： 解：（1）将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容积固定为10L的反应室，在一定条件下发生反应I，由图象可知100℃甲烷转化率为50%，故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol，则：
              CH₄ （g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂ （g）
起始量（mol）：1.0       2.0      0         0
变化量（mol）：0.5       0.5      0.5      1.5
平衡量（mol）：0.5       1.5      0.5      1.5
①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：0.0030mol?L^-1?min^-1； 
②通过图表可知当温度相同时，p₂→p₁时，甲烷的转化率提高，平衡向正向移动，正向为气体系数增大的反应，根据减小压强平衡向系数增大的方向移动可知：p₁＜p₂；
100℃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，
平衡常数为：K=

0.005×0.0153

0.005×0.015

=2.25×10^-4，
故答案为：＜；2.25×10^-4； 
③当压强为p₁时，升高温度，甲烷的转化率提高，平衡向正向移动，说明正反应为吸热反应，△H＞0，
故答案为：＞；
（2）该原电池的本质是：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，SO₂在负极上发生氧化反应电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，O₂在正极上发生还原反应电极反应式为：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
故答案为：负； SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
（3）50 ml 0.02mol/L的盐酸中加入50ml  0.018mol/L AgNO₃溶液加入后两者浓度分别为
c（Ag⁺）=

0.018

2

=0.009 （mol/L）
c（Cl^-）=

0.02

2

=0.01（mol/L）
Ag⁺与Cl^-是等物质的量反应的，此时Cl^-过量，过量浓度c（Cl^-）=0.01-0.009=0.001mol/L；
 Ksp=c（Ag⁺）×C（Cl^-）=1.8×10^-10，
则：c（Ag⁺）=

1.8×10-10

0.001

=1.8×10^-7（mol/L）；
溶液中剩余氢离子浓度=0.01mol/L，
溶液pH=2，
故答案为：1.8×10^-7mol/L；2．

点评：本题考查了化学反应速率的计算、化学平衡及其影响、原电池工作原理、难溶物溶解平均及其计算，题目难度中等，试题题量较大，涉及的知识点较多，充分考查了学生对所学知识的掌握情况，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．