Question

【題目】H2是一種重要的清潔能源。

（1）已知：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.0kJ/mol，

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.1kJ/mol，H2還原CO反應(yīng)合成甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1，則ΔH1=___kJ/mol，該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件為_____。

A.高溫 B.低溫 C.任何溫度條件下

（2）恒溫恒壓下，在容積可變的密閉容器中加入1molCO和2.2molH2，發(fā)生反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，實(shí)驗(yàn)測得平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化如圖所示。

①壓強(qiáng)：p1____p2。(填“>”<”或“=”)

②M點(diǎn)時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率為_____(計(jì)算結(jié)果精確到0.1%)， 該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=____(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

③下列各項(xiàng)能作為判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡標(biāo)志的是______(填字母)；

A.容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變 B.2v正(H2)=v逆(CH3OH)

C.混合氣體的相對分子質(zhì)量保持不變 D.混合氣體的密度保持不變

（3）H2還原NO的反應(yīng)為2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(1)，實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)速率的表達(dá)式為v=kcm(NO)·cn(H2)(k是速率常數(shù)，只與溫度有關(guān))

①某溫度下，反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的變化關(guān)系如下表所示。

編號	c(NO)/(mol/L)	c(H2)/(mol/L)	v/(mol·L-1·min-1)
1	0.10	0.10	0.414
2	0.10	0.20	1.656
3	0.50	0.10	2.070

由表中數(shù)據(jù)可知，m=_____，n=_____。

②上述反應(yīng)分兩步進(jìn)行：i．2NO(g)+H2(g)=N2(g)+H2O2(1)(慢反應(yīng))；ii．H2O2(1)+H2(g)=2H2O(1)(快反應(yīng))。下列敘述正確的是_______(填字母)

A.H2O2是該反應(yīng)的催化劑 B.反應(yīng)i的活化能較高

C.總反應(yīng)速率由反應(yīng)ii的速率決定 D.反應(yīng)i中NO和H2的碰撞僅部分有效

（4）2018年我國某科研團(tuán)隊(duì)利用透氧膜，一步即獲得合成氨原料和合成液態(tài)燃料的原料。其工作原理如圖所示（空氣中N2與O2的物質(zhì)的量之比按4：1計(jì)）。工作過程中，膜I側(cè)所得=3，則膜I側(cè)的電極方程式為________。

Answer 1

【答案】-90.1kJ/mol B > 54.5% CD 1 2 BD 12H2O+O2+28e-=12H2+14O2-

【解析】

（1）已知：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.0kJ/mol ①

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.1kJ/mol ②

①+②得：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1，從而求出ΔH1=-90.1kJ/mol，該反應(yīng)ΔS<0，ΔH1<0，從而得出自發(fā)進(jìn)行的條件。

（2）①反應(yīng)為體積縮小的可逆反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，CO的轉(zhuǎn)化率越大，圖中顯示，P1時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率大，由此可得出p1與p2的關(guān)系。

②從圖中可以看出，M點(diǎn)時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為60%，則CO的物質(zhì)的量的變化量為0.6mol。由此建立三段式的關(guān)系為：

M點(diǎn)時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率為，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp= 。

③A.恒壓條件，壓強(qiáng)始終不變，由容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，不能判斷反應(yīng)是否達(dá)平衡；

B.2v正(H2)=v逆(CH3OH)，此數(shù)據(jù)表明逆反應(yīng)速率大，平衡逆向移動(dòng)；

C.混合氣體的質(zhì)量不變，但氣體的物質(zhì)的量減小，相對分子質(zhì)量增大。若相對分子質(zhì)量保持不變，則達(dá)平衡狀態(tài)；

D.混合氣體的質(zhì)量不變，但體積減小，所以密度增大。若密度不變，則表明達(dá)平衡狀態(tài)。

（3）由表中數(shù)據(jù)可知，，由此求出m；，由此求出n。

②A.兩步反應(yīng)加和，雖然H2O2被消掉，但H2O2出現(xiàn)在第一個(gè)反應(yīng)的生成物中，所以它不是該反應(yīng)的催化劑；

B.反應(yīng)i是慢反應(yīng)，則反應(yīng)的活化能較高；

C.總反應(yīng)速率由慢反應(yīng)的速率決定；

D.反應(yīng)i是慢反應(yīng)，說明NO和H2的碰撞僅部分有效。

（4）n(N2):n(O2)= 4：1，=3，則n(H2):n(O2)=12:1，從圖中可以看出，氧元素轉(zhuǎn)化為O2-，氫元素轉(zhuǎn)化為H2，由此可得出膜I側(cè)的電極方程式。

（1）已知：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.0kJ/mol ①

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.1kJ/mol ②

①+②得：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1，從而求出ΔH1=-90.1kJ/mol，該反應(yīng)ΔS<0，ΔH1<0，從而得出自發(fā)進(jìn)行的條件是低溫。答案為：B；

（2）①反應(yīng)為體積縮小的可逆反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，CO的轉(zhuǎn)化率越大，圖中顯示，P1時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率大，由此可得出p1>p2。答案為：>；

②從圖中可以看出，M點(diǎn)時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為60%，則CO的物質(zhì)的量的變化量為0.6mol。由此建立三段式的關(guān)系為：

M點(diǎn)時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率為=54.5%/span>，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp== 。答案為：54.5%；；

③A.恒壓條件，壓強(qiáng)始終不變，由容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，不能判斷反應(yīng)是否達(dá)平衡；

B.2v正(H2)=v逆(CH3OH)，此數(shù)據(jù)表明逆反應(yīng)速率大，平衡逆向移動(dòng)；

C.混合氣體的質(zhì)量不變，但氣體的物質(zhì)的量減小，相對分子質(zhì)量增大。若相對分子質(zhì)量保持不變，則達(dá)平衡狀態(tài)；

D.混合氣體的質(zhì)量不變，但體積減小，所以密度增大。若密度不變，則表明達(dá)平衡狀態(tài)。

由以上分析，可確定CD達(dá)平衡狀態(tài)。答案為：CD；

（3）由表中數(shù)據(jù)可知，，由此求出m=1；，由此求出n=2；。答案為：1；2；

②A.兩步反應(yīng)加和，雖然H2O2被消掉，但H2O2出現(xiàn)在第一個(gè)反應(yīng)的生成物中，所以它不是該反應(yīng)的催化劑，A錯(cuò)誤；

B.反應(yīng)i是慢反應(yīng)，則反應(yīng)的活化能較高，B正確；

C.總反應(yīng)速率由慢反應(yīng)的速率決定，C錯(cuò)誤；

D.反應(yīng)i是慢反應(yīng)，說明NO和H2的碰撞僅部分有效，D正確。

綜合以上分析，答案為：BD；

（4）n(N2):n(O2)= 4：1，=3，則n(H2):n(O2)=12:1，從圖中可以看出，氧元素轉(zhuǎn)化為O2-，氫元素轉(zhuǎn)化為H2，由此可得出膜I側(cè)的電極方程式12H2O+O2+28e-=12H2+14O2-。答案為：12H2O+O2+28e-=12H2+14O2-。