Question

【題目】氫氣是一種清潔能源。在冶金、電力、材料等領域應用廣泛。請回答下列問題：

（1）某科研團隊利用透氧膜獲得N2、H2的工作原理如圖所示(空氣中N2和O2的物質的量之比為4：1）。上述過程中，膜I側所得氣體的物質的量之比為n(H2):n(N2)=3:1，則氧化作用的物質為_______________，膜Ⅱ側發生的電極反應式為_________________

（2）用CO和H2合成甲醇的熱化學方程式為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1

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

CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H3=-41.1kJ/mol

則△H1=________________

（3）向體積可變的密閉容器中充入1molCO和2.2molH2，在恒溫恒壓條件下發生反應：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，平衡時，CO的轉化率α(CO)隨溫度、壓強的變化情況如圖1所示。

①壓強p1_____(填“＞”、“＜”或“＝”)p2；M點時，該反應的平衡常數Kp＝______(用平衡分壓表示，分壓=總壓×物質的量分數)

②不同溫度下，該反應的平衡常數的對數值lgK如圖2，其中A點為506K時平衡常數的對數值，則B、C、D、E四點中能正確表示該反應的lgK與溫度(T)的關系的是_____________

（4）H2還原NO的反應為2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(l)，實驗測得反應速率的表達式為v=k·cm（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（H2）/（mol·L-1）	c（NO）/（mol·L-1）	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：ⅰ2NO(g)+2H2(g) N2(g)+H2O2(l)(慢反應)

ⅱH2O2(l)+H2(g) 2H2O(l)(快反應)。下列說法正確的是_______

A. H2O2是該反應的催化劑 B. 總反應速率由反應ⅱ的速率決定

C. 反應ⅰ的活化能較高 D.反應ⅰ中NO和H2的碰撞僅部分有效

Answer 1

【答案】CH4 CH4+ O2—-2e—=CO+2H2 —90.1 kJ/mol ＞ B、E 2 1 C D

【解析】

(1)空氣中N2和O2的物質的量之比為4：1，膜I側所得氣體的物質的量之比為n(H2):n(N2)=3:1，氮氣的量在反應前后不變，則設氮氣的物質的量為4mol，則生成氫氣的物質的量為12mol，由膜I側反應可知，12mol水得到電子，1mol氧氣得到電子，做氧化劑，根據圖示，膜Ⅱ側CH4中C原子失去電子化合價升高轉化為CO，被氧化，則氧化作用的物質為CH4，膜Ⅱ側發生的電極反應式為CH4+ O2--2e-=CO+2H2；

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

②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H3=-41.1kJ/mol

根據蓋斯定律：①+②可得CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1 =-90.1 kJ/mol；

(3)①在恒溫恒壓條件下發生反應：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)是氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡向右移動，CO的轉化率會增大，結合圖1，保持溫度不變轉化率大的表示壓強大，所以p1＞p2；

M點時，CO的轉化率為60%，則CO轉化了1mol×60%=0.6mol，列“三段式”：

由上式可知平衡時的總物質的量=(0.4mol+0.6mol+1mol)=2mol，該反應的平衡常數Kp＝；

②根據(2)分析，該反應放熱，當溫度越高時，平衡常數越小，則lgK也會越小，也就是說T與lgK呈反比關系，所以B、E兩點符合lgK與溫度(T)的關系；

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

①由編號1、編號2 組數據，保持c(H2)不變，則，代入1、2組數據，得，解得m=2，由編號2、編號3 組數據，保持c(N2)不變，則，代入2、3組數據，得，解得n=1；

②A．H2O2參與兩個反應，但第一步未作反應物，因而不是催化劑，實際上H2O2僅是中間產物，故A錯誤；

B．總反應速率由慢反應決定，即由反應ⅰ的速率決定，故B錯誤；

C．反應ⅰ是慢反應，說明反應速率小，在其他條件一樣的情況下，活化能較高，故C正確；

D．碰撞理論指出，能發生化學反應的碰撞是有效碰撞，即需要一定的能量和取向的碰撞，所以在所有的碰撞中只有部分碰撞是有效碰撞，故D正確；

答案選CD。