Question

Ⅰ.工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，回答下列问题：

（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H₂O(g)CO₂+H₂。T℃时，往1L密闭容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸气。反应建立平衡后，体系中c(H₂)=0.12mol·L^－1。该温度下此反应的平衡常数K=_______（填计算结果）。

（2）硝酸厂的尾气直接排放将污染空气，目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮氧化物还原为氮气和水，其反应机理为：

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

CH₄(g)+4NO(g)＝2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)   ΔH=－1160kJ·mol^－1

则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为：________________________________ 。

（3）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水。科学家利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则通入氨气的电极在碱性条件下发生反应的电极反应式为____________________。

Ⅱ.甲醇是一种重要的有机化工原料，可用于制取甲醚。一定温度下，在三个体积为1.0L的恒容密闭容器中发生反应：2CH₃OH（g） CH₃OCH₃（g）+ H₂O（g）。

容器 编号	温度(℃)	起始物质的量（mol）	平衡物质的量（mol）
CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）
I	387	0.20	0.080	0.080
II	387	0.40	a	b
III	207	0.20	0.090	0.090

(4) 容器I中的反应达到平衡时所需的时间_______(填“大于”“小于”或等于)容器II中的。

(5) a=_____  

(6) 下列说法中能说明该反应达到平衡状态的是__________。（填字母)

A. 容器中压强不变      B. 混合气体中c(CH₃OCH₃) 不变

C. 混合气体的密度不变  D. 单位时间内生成1 mol CH₃OCH₃ 同时消耗2molCH₃OH

(7)已知下面两个反应(m、n均大于0)：

反应①：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)　　 ΔH=－m kJ·mol^-1

反应②：2CO(g)+4H₂(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)　 ΔH= －n kJ·mol^-1　　

则下列m与n的关系中，正确的是__________（填字母)。

A.  n﹥2m　　　   B.  m﹥2 n　　     C. 2m﹥n 　　 D.  m﹥3n

Answer

1CH4(g)+2NO2(g)＝CO2(g)+2H2O(g) +N2(g) △H=－867kJ·mol－1大于0.160BDA

【解析】

（1）利用三段式计算:

CO + H2O（g） CO2 + H2，

初始浓度（mol/L）：0.2 0.3 0 0

变化浓度（mol/L）：0.12 0.12 0.12 0.12

平衡浓度（mol/L）：0.08 0.18 0.12 0.12

化学平衡常数K= = =1，故答案为：1；

（2）将已知条件中的两个热化学方程式分别标号为①和②，

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

②CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）H=-1160kJ∙mol-1

根据盖斯定律（①+②）× 得：CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+2H2O （g）+N2（g）H = −867 kJ∙mol-1。故答案为：CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+2H2O （g）+N2（g）H = −867 kJ∙mol-1

（3）在燃料电池中，燃料做负极，则通入氨气的电极是负极，在碱性条件下OH-参与电极反应，所以该电极发生反应的电极反应式为2NH3−6e-+6OH-=N2+6H2O，故答案为：2NH3−6e-+6OH-=N2+6H2O

点睛：本题主要考查了化学平衡常数的计算、盖斯定律的应用、原电池电极反应的书写等知识，中等难度，答题时注意化学反应原理知识的灵活运用。

（4）因为温度相同时，浓度越大，反应速率越大，达到平衡时所需的时间越少，而Ⅰ、Ⅱ反应温度相同，Ⅰ的初始浓度较Ⅱ低，所以Ⅰ达到平衡需要的时间长，故答案为：大于。

（5）反应Ⅰ、Ⅱ温度相同，反应2CH3OH（g） CH3OCH3（g）+H2O（g）是反应前后气体体积不变的反应，恒温恒容条件下，Ⅰ、Ⅱ两容器分别达到的平衡是等效的，Ⅱ中生成物的量为Ⅰ的 =2倍，故a = 0.080 × 2 = 0.16，b = 0.080×2 = 0.16，故答案为：0.160；

（6）A项，因为反应前后气体体积不变，所以压强始终相等，因此压强不变不能说明反应达到平衡状态，故A项错误； B项，因为可逆反应达到平衡状态后各组分浓度保持不变，已知混合气体中c（CH3OCH3）不变，说明各组分浓度都不再变化，因此反应达到平衡状态，故B项正确； C项，根据质量守恒定律，反应前后气体质量不变，又因为容器体积不变，所以混合气体的密度始终不变，因此混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态，故C项错误； D项，根据化学方程式可得：单位时间内生成1 mol CH3OCH3 同时消耗2molCH3OH时，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故D项正确。综上所述，符合题意的选项为BD。

（7）由反应①：CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）ΔH=−m kJ∙mol-1

反应②：2CO（g）+4H2（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）ΔH=−n kJ∙mol-1

根据②−2×①得：2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）ΔH=−（n−2m）kJ∙mol-1；由表中I和III比较可知：降低温度，化学平衡正向移动，该反应正方向为放热反应，所以ΔH =−（n-2m） kJ∙mol-1＜0，故n＞2m，答案为：A。