Question

【題目】CH4、CH3OH、CO等都是重要的能源，也是重要的化工原料。

（1）已知25℃、101kPa時(shí)，1g甲烷完全燃燒生成CO和液態(tài)水時(shí)放出38kJ熱量，則該條件下反應(yīng)2CH4(g)+3O2(g) =2CO(g)+4H2O(l)的ΔH=___。

（2）為倡導(dǎo)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟(jì)”，降低大氣中CO2的含量，有效地開發(fā)利用CO2，工業(yè)上可以用CO2來生產(chǎn)甲醇燃料。在體積為2L的密閉容器中，充入lmolCO2和3molH2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。經(jīng)測(cè)得CH3OH和CO2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖所示。

①從反應(yīng)開始到平衡，CO2的平均反應(yīng)速率v(CO2)=___。

②達(dá)到平衡時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率為___。

（3）工業(yè)上也可以用CO和H2為原料制備CH3OH，反應(yīng)方程式為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，在一體積固定的密閉容器中投入一定量的CO和否H2氣體進(jìn)行上述反應(yīng)。下列敘述中能說明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是___。

A.反應(yīng)中CO與CH3OH的物質(zhì)的量之比為1：1

B.混合氣體的壓強(qiáng)不隨時(shí)間的變化而變化

C.單位時(shí)間內(nèi)每消耗1molCO，同時(shí)生成1molCH3OH

D.CH3OH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變

（4）從煙道氣中回收硫是有效處理SO2大氣污染的有效方法之一，該方法是在催化劑、773K條件下，CO與SO2反應(yīng)生成CO2和硫蒸氣，該反應(yīng)體系中各組分的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖所示，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：___。

（5）近幾年來關(guān)于氮污染的治理倍受關(guān)注。向工業(yè)廢水中加入次氯酸鈉溶液，可將其中的NH4+完全轉(zhuǎn)化為N2，而次氯酸鈉被還原為NaCl。寫出上述反應(yīng)的離子方程式：___。

Answer 1

【答案】-1216kJ·mol-1 0.0375mol/(L·min) 75% BD 4CO+2SO24CO2+S2 2NH4++3ClO-=N2↑+3Cl-+2H++3H2O

【解析】

(1)根據(jù)計(jì)算出1g甲烷的物質(zhì)的量，然后可計(jì)算出1mol甲烷完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量，進(jìn)而計(jì)算ΔH；

(2)①根據(jù)速率，結(jié)合三段式進(jìn)行計(jì)算；

(3)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：等，即v正=v逆，定，即達(dá)到平衡后反應(yīng)物、生成物物質(zhì)的量，質(zhì)量，濃度，百分含量等保持不變據(jù)此判斷解答；

(4)結(jié)合圖像得出反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量的變化量之比，從而寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式；

(5)根據(jù)題干信息，結(jié)合氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒寫出反應(yīng)的離子方程式。

(1)1g CH4的物質(zhì)的量為：1g÷16g·mol-1=0.0625mol，0.0625molCH4完全燃燒生成液態(tài)水放出38kJ熱量，則1molCH4完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量為：38kJ×1mol÷0.06255mol=608kJ，則反應(yīng)2CH4(g)+3O2(g) =2CO(g)+4H2O(l)的ΔH=-608kJ/mol×2=-1216kJ/mol；

(2)在體積為2L的密閉容器中，充入lmolCO2和3molH2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。經(jīng)測(cè)得CO2和CH3OH(g)的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖所示。CO2是反應(yīng)物隨反應(yīng)進(jìn)行物質(zhì)的量減小，CH3OH是生成物，隨反應(yīng)進(jìn)行物質(zhì)的量增大；10nim內(nèi)達(dá)到平衡，生成CH3OH物質(zhì)的量為0.75mol，CO2物質(zhì)的量變化了0.75mol；則①依據(jù)化學(xué)平衡列三段式有：

①從反應(yīng)開始到平衡，CO2的平均反應(yīng)速率；

②達(dá)到平衡時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率；

(3)A．反應(yīng)中CO與CH3OH的物質(zhì)的量之比為1:1，無法確定是否達(dá)到平衡狀態(tài)，不能作為判斷平衡的標(biāo)志，故A錯(cuò)誤；

B．該反應(yīng)前后氣體體積不相等，則壓強(qiáng)不變說明達(dá)到平衡，故B正確；

C．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1 mol CO是正速率，同時(shí)生成1 mol CH3OH也是正速率，所指的速率都是表示正反應(yīng)速率，不能作為判斷平衡標(biāo)志，故C錯(cuò)誤；

D．CH3OH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，CH3OH組成一定，說明達(dá)到平衡，故D正確；

故答案為：BD。

(4)根據(jù)圖像可知，反應(yīng)物的物質(zhì)的量的變化量一個(gè)為(4-1)mol=3mol，一個(gè)為(2-0.5)mol=1.5mol，生成物的物質(zhì)的量的變化量一個(gè)為(3-0)mol=3mol，一個(gè)為(0.75-0)mol=0.75mol，則反應(yīng)物、生成物的物質(zhì)的量的變化量之比等于其化學(xué)計(jì)量數(shù)之比=3：1.5：3：0.75=4：2：4：1，根據(jù)C原子守恒可知，計(jì)量數(shù)是4的為CO、CO2，二氧化硫的計(jì)量數(shù)為2，硫單質(zhì)的計(jì)量數(shù)為1，則生成的硫單質(zhì)為S2，所以該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為4CO+2SO24CO2+S2；

(5)根據(jù)題干信息，次氯酸鈉溶液可將廢水中的NH4+完全轉(zhuǎn)化為N2，而次氯酸鈉被還原為NaCl，結(jié)合氧化還原反應(yīng)得失電子守恒可得反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為2NH4++3ClO-=N2↑+3Cl-+2H++3H2O。