Question

【題目】I．據報道，我國在南海北部神狐海域進行的可燃冰(甲烷的水合物)試采獲得成功。甲烷是一種重要的化工原料。

（1）甲烷重整是提高甲烷利用率的重要方式，除部分氧化外還有以下兩種：

水蒸氣重整：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)　ΔH1＝＋205.9 kJ·mol－1　 ①

CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1　②

二氧化碳重整：CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)　ΔH3　③

則反應①自發進行的條件是______________，ΔH3＝________kJ·mol－1。

Ⅱ.氮的固定一直是科學家研究的重要課題，合成氨則是人工固氮比較成熟的技術，其原理為N2 (g)＋3H2 (g) 2NH3(g)。

（2）在不同溫度、壓強和相同催化劑條件下，初始N2、H2 分別為0.1 mol、0.3 mol時，平衡后混合物中氨的體積分數(φ)如下圖所示。

①其中，p1、p2 和p3 由大到小的順序是____________，該反應ΔH _______0(填“>”“<”或“＝”)。

②若分別用vA(N2)和vB(N2)表示從反應開始至達平衡狀態A、B時的化學反應速率，則vA(N2)________vB(N2)(填“>”“<”或“＝”)。

③若在250 ℃、p1 為105 Pa條件下，反應達到平衡時容器的體積為1 L，則該條件下B點N2 的分壓p(N2)為_______Pa (分壓＝總壓×物質的量分數，保留一位小數)。

Ⅲ.以連二硫酸根(S2O42-)為媒介，使用間接電化學法也可處理燃煤煙氣中的NO，裝置如圖所示：

（3）①陰極區的電極反應式為___________。

②NO吸收轉化后的主要產物為NH4+，若通電時電路中轉移了0.3 mol e－，則此通電過程中理論上吸收的NO在標準狀況下的體積為________mL。

Ⅳ.（4）常溫下，將a mol·L-1的醋酸與b mol·L-1Ba(OH)2 溶液等體積混合，充分反應后，溶液中存在2c(Ba2+)=c(CH3COO-)，則該混合溶液中醋酸的電離常數Ka=___________(用含a和b的代數式表示)。

Answer 1

【答案】高溫 ＋247.1 p1>p2>p3 < < 8.3×103 2SO32-＋4H＋＋2e－=S2O42-＋2H2O 1344

【解析】

I．（1）反應自發進行的條件是△H-T△S<0，

水蒸氣重整：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）△H1=+205.9kJmol-1①

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H2=-41.2kJmol-1②
二氧化碳重整：CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）△H3③
蓋斯定律計算①-②得到反應③的熱化學方程式；

Ⅱ．（2）①由方程式N2+3H22NH3可知，增大壓強，平衡正向移動，氨的體積分數越大；
②溫度越大，壓強越大，反應速率越大；

③用三段式解，設轉化的氮氣的物質的量為x：

=0.667，x=0.08。平衡分壓=總壓×氣體物質的量分數；

（3）①陰極區失去電子生成S2O42-；

②結合NO～NH4+～5 e-計算。

Ⅳ.（4）溶液等體積混合溶質濃度減少一半，醋酸電離平衡常數與濃度無關，結合概念計算．

I.(1)水蒸氣重整：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)　ΔH1＝＋205.9 kJ·mol－1①，△H>0，△S>0，滿足△HT△S<0，則需要高溫。

水蒸氣重整CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)　ΔH1＝＋205.9 kJ·mol－1①

CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1②

二氧化碳重整：CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)　ΔH3③

蓋斯定律計算①-②得到反應③的熱化學方程式CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)△H3=+247.1KJ/mol，

故答案為：高溫；+247.1；

II.(2)①由N2+3H22NH3可知，增大壓強，平衡正向移動，由圖象可知在相同溫度下，平衡后混合物中氨的體積分數(φ)為p1>p2>p3，因此壓強關系是p1>p2>p3，壓強相同時，升高溫度平衡逆向移動，故溫度越高平衡混合物中氨的體積分數越小，故反應熱小于零，

故答案為：p1>p2>p3；<；

②溫度越，壓強越大，反應速率越大，p1>p2，由圖可知，B對應的溫度、壓強大，則反應速率大，

故答案為：<；

③③用三段式解，設轉化的氮氣的物質的量為x：

=0.667，x=0.08。

若在250℃、p1為105Pa條件下，反應達到平衡時容器的體積為1L，則該條件下B點N2的分壓p(N2)==8.3×103，

故答案為：8.3×103；

III.(3)①由圖可知，陰極區通入液體主要含SO32，流出液主要含S2O42，所以陰極區電極反應式為SO32-＋4H＋＋2e－=S2O42-＋2H2O，

故答案為：SO32-＋4H＋＋2e－=S2O42-＋2H2O；

②由于NO吸收轉化后的主要產物為NH4+，NONH4+5e，若電路中轉移0.3mole，消耗NO0.06mol，標準狀況下體積為=0.06mol×22.4L/mol=1.344L=1344mL，

故答案為：1344。

Ⅳ. (4)反應平衡時,2c(Ba2+)=c(CH3COO)=bmol/L，據電荷守恒，溶液中c(H+)=c(OH)=107mol/L，溶液呈中性，醋酸電離平衡常數依據電離方程式寫出K= == ；

用含a和b的代數式表示該混合溶液中醋酸的電離常數為，

故答案為：。