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反應合成甲醇的熱化學方程式為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1，則ΔH1=___kJ/mol，該反應自發進行的條件為_____。

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，發生反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，實驗測得平衡時CO的轉化率隨溫度、壓強的變化如圖所示。

①壓強：p1____p2。(填“>”<”或“=”)

②M點時，H2的轉化率為_____(計算結果精確到0.1%)， 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)。

③下列各項能作為判斷該反應達到平衡標志的是______(填字母)；

A.容器內壓強保持不變 B.2v正(H2)=v逆(CH3OH)

C.混合氣體的相對分子質量保持不變 D.混合氣體的密度保持不變

（3）H2還原NO的反應為2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(1)，實驗測得反應速率的表達式為v=kcm(NO)·cn(H2)(k是速率常數，只與溫度有關)

①某溫度下，反應速率與反應物濃度的變化關系如下表所示。

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

由表中數據可知，m=_____，n=_____。

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

A.H2O2是該反應的催化劑 B.反應i的活化能較高

C.總反應速率由反應ii的速率決定 D.反應i中NO和H2的碰撞僅部分有效

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

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ΔS<0，ΔH1<0，從而得出自發進行的條件。

（2）①反應為體積縮小的可逆反應，壓強越大，CO的轉化率越大，圖中顯示，P1時CO的轉化率大，由此可得出p1與p2的關系。

②從圖中可以看出，M點時，CO的轉化率為60%，則CO的物質的量的變化量為0.6mol。由此建立三段式的關系為：

M點時，H2的轉化率為，該反應的平衡常數Kp= 。

③A.恒壓條件，壓強始終不變，由容器內壓強保持不變，不能判斷反應是否達平衡；

B.2v正(H2)=v逆(CH3OH)，此數據表明逆反應速率大，平衡逆向移動；

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

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

（3）由表中數據可知，，由此求出m；，由此求出n。

②A.兩步反應加和，雖然H2O2被消掉，但H2O2出現在第一個反應的生成物中，所以它不是該反應的催化劑；

B.反應i是慢反應，則反應的活化能較高；

C.總反應速率由慢反應的速率決定；

D.反應i是慢反應，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，氧元素轉化為O2-，氫元素轉化為H2，由此可得出膜I側的電極方程式。

（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ΔS<0，ΔH1<0，從而得出自發進行的條件是低溫。答案為：B；

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

②從圖中可以看出，M點時，CO的轉化率為60%，則CO的物質的量的變化量為0.6mol。由此建立三段式的關系為：

M點時，H2的轉化率為=54.5%/span>，該反應的平衡常數Kp== 。答案為：54.5%；；

③A.恒壓條件，壓強始終不變，由容器內壓強保持不變，不能判斷反應是否達平衡；

B.2v正(H2)=v逆(CH3OH)，此數據表明逆反應速率大，平衡逆向移動；

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

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

由以上分析，可確定CD達平衡狀態。答案為：CD；

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

②A.兩步反應加和，雖然H2O2被消掉，但H2O2出現在第一個反應的生成物中，所以它不是該反應的催化劑，A錯誤；

B.反應i是慢反應，則反應的活化能較高，B正確；

C.總反應速率由慢反應的速率決定，C錯誤；

D.反應i是慢反應，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，氧元素轉化為O2-，氫元素轉化為H2，由此可得出膜I側的電極方程式12H2O+O2+28e-=12H2+14O2-。答案為：12H2O+O2+28e-=12H2+14O2-。