Question

【題目】Ⅰ.利用甲烷催化還原NOx消除氮氧化物的污染

①CH4(g)＋4NO2(g)4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－574kJ·mol－1

②CH4(g)＋4NO(g)2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－1 160kJ·mol－1

③CH4(g)＋2NO2(g)N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH3＝－867kJ·mol－1

（1）如果三個反應的平衡常數(shù)依次為K1、K2、K3，則K3＝___(用K1、K2表示)。

（2）在2L恒容密閉容器中充入1molCH4和2molNO2進行反應③，CH4的平衡轉化率α(CH4)與溫度和壓強的關系如圖所示。

①若容器中的壓強為p2，y點：v正____(填“大于”“等于”或“小于”)v逆。

②x點對應溫度下反應的平衡常數(shù)K＝___。

Ⅱ.甲烷蒸氣轉化法制H2的主要反應為：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)

（3）在恒容密閉容器中充入2 mol CH4和H2O(g)的混合氣體，且CH4和H2O(g)的物質的量之比為x，相同溫度下達到平衡時測得H2的體積分數(shù)φ(H2)與x的關系如圖所示。

則CH4的轉化率：a點____(填“>”“＝”或“<”，下同)b點，CH4(g)的濃度：a點_____b點，氫氣的產(chǎn)率：a點____b點。

Ⅲ.（4）根據(jù)以下三個熱化學方程式：2H2S(g)+3O2(g)=SO2(g) +2H2O(l) ΔH=-Q1kJ·mol-1，2H2S(g)+O2(g)= S(s)+2H2O(l) ΔH=-Q2kJ·mol-1，2H2S(g)+O2(g)= S(s)+2H2O(g) ΔH=-Q3kJ·mol-1，判斷Q1、Q2、Q3的大小關系是___。

Answer 1

【答案】 大于 0.25 > = = Q1>Q2>Q3

【解析】

(1)依據(jù)已知的熱化學方程式利用蓋斯定律構造CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)，然后根據(jù)關系式得到平衡常數(shù)的關系；

(2)①y趨向平衡時，甲烷的轉化率應增大；

②x點甲烷的轉化率為50%，以此計算平衡時各物質的濃度，可計算平衡常數(shù)；

(3)兩種反應物存在，增加其中一種反應物的量，能使另一種反應物的轉化率提高，根據(jù)反應方程式分析a、b兩點CH4和H2O的濃度關系和氫氣的產(chǎn)率大小；

(4)依據(jù)焓變的含義和反應物質的聚集狀態(tài)變化，反應的進行程度進行分析判斷，結合蓋斯定律的內(nèi)容分析物質轉化的能量變化。

(1)①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)；②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJmol-1；由蓋斯定律×(①+②)得到CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)，已知三個反應的平衡常數(shù)依次為K1、K2、K3，則K3==；

(2)①y趨向平衡時，甲烷的轉化率應增大，即反應正向進行，v正大于v逆；

②在恒容(2L) 密閉容器中充入1molCH4和2moINO2進行(1)中反應，x點甲烷的轉化率為50%，

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)

起始(mol/L) 0.5 1 0 0 0

轉化(mol/L) 0.25 0.5 0.25 0.25 0.5

平衡(mol/L) 0.25 0.5 0.25 0.25 0.5

則K===0.25；

(3)兩種反應物存在，增加其中一種反應物的量，能使另一種反應物的轉化率提高，a點H2O的含量相對較大，所以a點CH4的轉化率更高；根據(jù)反應方程式分析，CH4和H2O是按照1：1反應的，a點CH4和H2O的物質的量之比為9：11，b點CH4和H2O的物質的量之比為11：9，所以二者平衡時a點CH4的濃度等于b點H2O(g)的濃度；由于二者CH4和H2O按物質的量1：1反應，所以交換二者的起始充入量之比不改變化學平衡，即達到平衡時氫氣的產(chǎn)率a點等于b點；

(4)①2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(1)△H=-Q1KJ/mol，②2H2S(g)+O2(g)=2S(g)+2H2O(1)△H=-Q2KJ/mol，③2H2S(g)+O2(g)=2S(g)+2H2O(g)△H=-Q3KJ/mol；反應②③相比，生成氣態(tài)水和生成液態(tài)水相比，生成液態(tài)水放出的熱量多，所以Q2＞Q3；反應①②相比，②反應生成的單質硫轉化為二氧化硫時放出熱量，所以Ql＞Q2；綜上所述Q1、Q2、Q3三者大小關系為：Ql＞Q2＞Q3。