Question

【题目】蕴藏在海底的大量“可燃冰”，其开发利用是当前解决能源危机的重要课题。用甲烷制水煤气(CO、H2)，再合成甲醇可以代替日益供应紧张的燃油。下面是产生水煤气的几种方法：
① CH4(g)＋H2O (g)＝CO (g)＋3H2(g) △H1＝+206.2kJ·mol-1
② CH4(g)＋ O2(g)＝CO(g)＋2H2(g) △H2=－35.4 kJ·mol-1
③ CH4 (g)＋2H2O (g)＝CO2 (g)＋4H2(g) △H3＝+165.0 kJ·mol-1
（1）CH4(g)与CO2 (g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为。
（2）也可将CH4设计成燃料电池，来解决能源问题，如下图装置所示。持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷VL。

①0＜V≤33.6L时，负极电极反应为。
②V=44.8L时，溶液中离子浓度大小关系为。
（3）工业合成氨时，合成塔中每产生1molNH3 ， 放出46.1kJ的热量。
某小组研究在上述温度下该反应过程中的能量变化。他们分别在体积均为VL的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应。相关数据如下：

容器 编号	起始时各物质物质的量/mol			达到平衡的时间	达平衡时体系 能量的变化/kJ
	N2	H2	NH3
①	1	4	0	t1 min	放出热量：36.88kJ
②	2	8	0	t2 min	放出热量：Q

①容器①中，0-t1时间的平均反应速率为υ(H2)=。
②下列叙述正确的是 (填字母序号)。
a．平衡时，两容器中H2的体积分数相等
b．容器②中反应达平衡状态时，Q＞73.76kJ
c．反应开始时，两容器中反应的化学反应速率相等
d．平衡时，容器中N2的转化率：①<②
e．两容器达到平衡时所用时间t1>t2
（4）下图是在反应器中将N2和H2按物质的量之比为1:3充入后，在200℃、400℃、600℃下，反应达到平衡时，混合物中NH3的体积分数随压强的变化曲线。

①曲线a对应的温度是。
②上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是 。
③M点对应的H2转化率是。

Answer 1

【答案】
（1）CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H=247.4KJ/mol
（2）CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；c(K+)> c(HCO3-)> c(CO32-)> c(OH-)> c(H+)
（3） mol/(L·min)；bde
（4）200℃；Q=M>N；75%；
【解析】（1）根据盖斯定律可知，①×2-③可得CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)，
所以其△H=[(+206.2)×2-(+165.0)]kJmol-1=+247.4 kJmol-1 ， 所以CH4(g)与CO2(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=+247.4 kJmol-1；
（2）n(KOH)=1.5mol/L×2L=3mol，可能先后发生反应①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；①当0＜V≤33.6 L时，0＜n(CH4)≤1.5mol，则0＜n(CO2)≤1.5mol，发生反应①②，生成碳酸钾，则负极反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，故答案为：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；②当V=44.8L时，n(CH4)=2mol，n(CO2)=2mol，则电池总反应式为2CH4+4O2+3KOH=K2CO3+KHCO3+5H2O，则得到1molK2CO3和1molKHCO3的溶液，则c(K+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)，故答案为：c(K+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)；
（3）①容器①中达到平衡时，生成的氨气的物质的量为 =0.8mol，因此反应的化学反应速率为v(H2)= = = mol/(L·min)；
②a、容器②中压强大于容器①，增大压强，平衡向正反应方向移动，平衡时，两容器中H2的体积分数不等，故a错误；
b、容器②中压强大于容器①，增大压强，平衡向正反应方向移动，放出的热量更多，大于容器①中放出热量的2倍，故b正确；
c、反应起始浓度不同，反应速率不同，故c错误；
d、恒温恒容容器中实验②起始量相当于实验①的2倍，相当于增大压强，增大压强，平衡向正反应方向移动，转化率增大，故d正确；
e、容器②中压强大于容器①，压强越大，反应速率越快，达到平衡时所用时间越少，故两容器达到平衡时所用时间t1>t2 ， 故e正确；故选bde；
（4）①合成氨反应放热，温度越低氨气的百分含量越高，所以，曲线a对应的温度是200℃，故答案为：200℃；
②K只受温度影响，该反应温度升高时K值减小，b是400℃，c是600℃，上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)＞K(N)，故答案为：Q=M>N；
③

	3N2(g)+	3H2(g)	2NH3(g)
起始（mol）	1	3	0
转化（mol）	x	3x	2x
平衡（mol）	x	3-3x	2x

据题意M点时： =60%，x= ，
则氢气的转化率为： ×100%=75%
故答案为：（1）CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=+247.4 kJmol-1；（2）CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；c(K+)> c(HCO3-)> c(CO32-)> c(OH-)> c(H+)；（3）；bde；（4）75%；
（1）根据盖斯定律书写热化学方程式；
（2）①当0＜V≤33.6 L时，反应生成K2CO3；据此写出负极电极反应式；
②当V=44.8L时，反应生成等量的K2CO3、KHCO3 ， 结合水解程度的大小比较，确定溶液中离子浓度；
（3）①根据反应速率的计算公式计算；
②结合平衡移动、反应速率的影响因素进行选项分析；
（4）①该反应为放热反应，温度越高，氨气的含量越小；
②平衡常数只受温度的影响，吸热反应，温度升高，平衡常数增大；
③结合三段式进行计算；