Question

【題目】隨著人們的物質生活水平的不斷提高和工業(yè)化快速發(fā)展，環(huán)境污染也日益加重，空氣中有毒氣體主要包括SO2、CO、NOx、烴類等等。

（1）在復合組分催化劑作用下，CH4可使SO2轉化為S，同時生成CO2和水。已知CH4和S的燃燒熱ΔH分別為-890 kJ/mol和-297kJ/mol，則CH4和SO2反應的熱化學方程式為_________________________________________。

（2）在20 L的密閉容器中按物質的量之比1∶2充入CO和H2，發(fā)生反應：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH。測得CO的轉化率隨溫度及不同壓強的變化如圖所示，P2和195 ℃時n(H2)隨時間的變化結果如表所示。

①P2及195℃下，在B點時，v(正)_____v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。

②該反應的ΔH_________0（填“>”、“<”或“=”），原因是______________________________。

③在0～2 min，平均反應速率v(CH3OH)＝______________________。（數值用小數形式表示）

④在P2及195 ℃時，該反應的平衡常數Kp=__________ (用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數，結果用含P2的分式表示)。

（3）某種熔融碳酸鹽燃料電池以Li2CO3、K2CO3為電解質、以CH4為燃料時，該電池工作原理見圖所示。

①氣體A中除了O2外，一定還含有的氣體是________。

②該電池的負極反應式為__________________________。

Answer 1

【答案】CH4 (g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H= -296 kJ/mol < < 其他條件不變時，升高溫度，一氧化碳的轉化率降低，平衡向逆反應方向移動，說明逆反應方向為吸熱，正反應方向放熱 0.0375 mol·L－1 min－1 9/P22 CO2或二氧化碳 CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O

【解析】

（1）CH4和SO2反應生成S、CO2和水，根據CH4和S的燃燒熱化學方程式計算所求反應的△H ；

（2）①A點是平衡狀態(tài)，B點轉化率大于A點，應該向逆反應方向移動，所以B點v（正）＜v（逆）；

②升高溫度時，CO的轉化率降低，平衡逆向移動，則逆向為吸熱反應，據此分析；

③Kp=P(CH3OH)/P2(H2)·P(CO)，列出三段式，表示出P(CH3OH)、P(H2)、P(CO)，代入表達式即可；

（3）該原電池為甲烷燃料電池，通入燃料的電極為負極、通入氧化劑的電極為正極。分別寫出正負極反應式，結合兩極產物進行分析；

（1）CH4和S的燃燒熱ΔH分別為-890 kJ/mol和-297kJ/mol，則CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+ 2H2O(l) ΔH= -890 kJ/mol ①，S(s)+ O2(g)=SO2(g) ΔH= -297kJ/mol ②，①-2×②得，CH4 (g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H= -296 kJ/mol；

（2）①根據表中數據知，平衡時氫氣轉化率為50%，當可逆反應中初始反應物物質的量之比等于其計量數之比時，其反應物轉化率相等，所以該溫度和壓強下CO的轉化率為50%，根據圖知，A點是平衡狀態(tài)，B點轉化率大于A點，該反應在該溫度和壓強下達到平衡狀態(tài)，應該向逆反應方向移動，所以B點v（正）＜v（逆）；

②升高溫度時，CO的轉化率降低，平衡逆向移動，則逆向為吸熱反應，故該反應的ΔH<0；

③在0～2 min，平均反應速率v(H2)＝Δn/v/Δt=3mol/20L/2min=0.075mol·L－1 min－1 ，v(CH3OH)=1/2 v(H2)=0.0375 mol·L－1 min－1；

④ CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

n0 4mol 8mol 0mol

Δn 2mol 4mol 2mol

n平 2mol 4mol 2mol

由三段式可知，反應前后物質的量之比=3:2，則平衡時壓強P=2/3P2，故P(CH3OH)=2/3P2×2/8=1/6P2，P(H2)=1/3P2，P(CO)= 1/6P2，Kp=P(CH3OH)/P2(H2)·P(CO)= 1/6P2/[(1/3P2)2·1/6P2]=9/P22;

（3）該原電池為甲烷燃料電池，根據圖象中電子流向知，左邊電極為負極、右邊電極為正極。負極反應式為CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O，正極反應式為O2+2CO2+4e-═2CO32-，所以氣體A中除了O2外，一定還含有的氣體是二氧化碳；