Question

【题目】Ⅰ.利用甲烷催化还原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）如果三个反应的平衡常数依次为K1、K2、K3，则K3＝___(用K1、K2表示)。

（2）在2L恒容密闭容器中充入1molCH4和2molNO2进行反应③，CH4的平衡转化率α(CH4)与温度和压强的关系如图所示。

①若容器中的压强为p2，y点：v正____(填“大于”“等于”或“小于”)v逆。

②x点对应温度下反应的平衡常数K＝___。

Ⅱ.甲烷蒸气转化法制H2的主要反应为：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)

（3）在恒容密闭容器中充入2 mol CH4和H2O(g)的混合气体，且CH4和H2O(g)的物质的量之比为x，相同温度下达到平衡时测得H2的体积分数φ(H2)与x的关系如图所示。

则CH4的转化率：a点____(填“>”“＝”或“<”，下同)b点，CH4(g)的浓度：a点_____b点，氢气的产率：a点____b点。

Ⅲ.（4）根据以下三个热化学方程式：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，判断Q1、Q2、Q3的大小关系是___。

Answer 1

【答案】 大于 0.25 > = = Q1>Q2>Q3

【解析】

(1)依据已知的热化学方程式利用盖斯定律构造CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)，然后根据关系式得到平衡常数的关系；

(2)①y趋向平衡时，甲烷的转化率应增大；

②x点甲烷的转化率为50%，以此计算平衡时各物质的浓度，可计算平衡常数；

(3)两种反应物存在，增加其中一种反应物的量，能使另一种反应物的转化率提高，根据反应方程式分析a、b两点CH4和H2O的浓度关系和氢气的产率大小；

(4)依据焓变的含义和反应物质的聚集状态变化，反应的进行程度进行分析判断，结合盖斯定律的内容分析物质转化的能量变化。

(1)①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)；②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJmol-1；由盖斯定律×(①+②)得到CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)，已知三个反应的平衡常数依次为K1、K2、K3，则K3==；

(2)①y趋向平衡时，甲烷的转化率应增大，即反应正向进行，v正大于v逆；

②在恒容(2L) 密闭容器中充入1molCH4和2moINO2进行(1)中反应，x点甲烷的转化率为50%，

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

起始(mol/L) 0.5 1 0 0 0

转化(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

则K===0.25；

(3)两种反应物存在，增加其中一种反应物的量，能使另一种反应物的转化率提高，a点H2O的含量相对较大，所以a点CH4的转化率更高；根据反应方程式分析，CH4和H2O是按照1：1反应的，a点CH4和H2O的物质的量之比为9：11，b点CH4和H2O的物质的量之比为11：9，所以二者平衡时a点CH4的浓度等于b点H2O(g)的浓度；由于二者CH4和H2O按物质的量1：1反应，所以交换二者的起始充入量之比不改变化学平衡，即达到平衡时氢气的产率a点等于b点；

(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；反应②③相比，生成气态水和生成液态水相比，生成液态水放出的热量多，所以Q2＞Q3；反应①②相比，②反应生成的单质硫转化为二氧化硫时放出热量，所以Ql＞Q2；综上所述Q1、Q2、Q3三者大小关系为：Ql＞Q2＞Q3。