Question

（1）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O（g）通入反應(yīng)室（容積為100L），在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）…
CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1．
①已知100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H₂表示的平均反應(yīng)速率為

 

．
②圖1中的p₁

 

p₂（填“＜”、“＞”或“=”），100℃時(shí)平衡常數(shù)為

 

．
③該反應(yīng)的△H

 

0（填“＜”、“＞”或“=”）．
（2）某科研單位利用電化學(xué)原理用SO₂來(lái)制備硫酸，裝置如圖2，含有某種催化劑，電極為多孔的材料，能吸附氣體，同時(shí)也能使氣體與電解質(zhì)溶液充分接觸．通入SO₂的電極為

 

極，其電極反應(yīng)式為

 

；
（3）己知：K_sp（AgCl）=1.8×10^-10，向50mL 0.018mol/L的AgNO₃溶液中加入相同體積0.020mol/L的鹽酸，則c（Ag⁺）=

 

．此時(shí)所得混合溶液的pH=

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：產(chǎn)物的百分含量隨濃度、時(shí)間的變化曲線,原電池和電解池的工作原理,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專(zhuān)題：基本概念與基本理論

分析：（1）①根據(jù)圖象判斷100℃時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率，根據(jù)反應(yīng)方程式及甲烷的物質(zhì)的量計(jì)算出生成氫氣的物質(zhì)的量，再根據(jù)反應(yīng)速率的表達(dá)式計(jì)算出用H₂表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率；
②轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)圖象有三個(gè)變量，采用“定一議二”方法判斷壓強(qiáng)大小；計(jì)算平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
③根據(jù)圖象中壓強(qiáng)不變，溫度升高后甲烷的轉(zhuǎn)化率判斷該反應(yīng)的焓變；
（2）本質(zhì)為SO₂與O₂反應(yīng)生成SO₃，SO₃再與水化合生成硫酸，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此進(jìn)行解答；
（3）依據(jù)題干數(shù)據(jù)計(jì)算沉淀后溶液中氯離子濃度，結(jié)合Ksp計(jì)算溶液中銀離子濃度，沉淀后溶液中剩余氫離子濃度，計(jì)算溶液pH．

解答： 解：（1）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容積固定為10L的反應(yīng)室，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I，由圖象可知100℃甲烷轉(zhuǎn)化率為50%，故參加反應(yīng)的甲烷為1mol×50%=0.5mol，則：
              CH₄ （g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂ （g）
起始量（mol）：1.0       2.0      0         0
變化量（mol）：0.5       0.5      0.5      1.5
平衡量（mol）：0.5       1.5      0.5      1.5
①假設(shè)100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H₂表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率=

1.5mol 100L

5min

=0.003 mol?L^-1?min^-1，
故答案為：0.0030mol?L^-1?min^-1； 
②通過(guò)圖表可知當(dāng)溫度相同時(shí)，p₂→p₁時(shí)，甲烷的轉(zhuǎn)化率提高，平衡向正向移動(dòng)，正向?yàn)闅怏w系數(shù)增大的反應(yīng)，根據(jù)減小壓強(qiáng)平衡向系數(shù)增大的方向移動(dòng)可知：p₁＜p₂；
100℃時(shí)反應(yīng)I的平衡濃度為c（CH₄）=0.005mol/L，c（H₂O）=0.015mol/L，c（CO）=0.005mol/L，c（H₂）=0.015mol/L，
平衡常數(shù)為：K=

0.005×0.0153

0.005×0.015

=2.25×10^-4，
故答案為：＜；2.25×10^-4； 
③當(dāng)壓強(qiáng)為p₁時(shí)，升高溫度，甲烷的轉(zhuǎn)化率提高，平衡向正向移動(dòng)，說(shuō)明正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H＞0，
故答案為：＞；
（2）該原電池的本質(zhì)是：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，SO₂在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，O₂在正極上發(fā)生還原反應(yīng)電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
故答案為：負(fù)； SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
（3）50 ml 0.02mol/L的鹽酸中加入50ml  0.018mol/L AgNO₃溶液加入后兩者濃度分別為
c（Ag⁺）=

0.018

2

=0.009 （mol/L）
c（Cl^-）=

0.02

2

=0.01（mol/L）
Ag⁺與Cl^-是等物質(zhì)的量反應(yīng)的，此時(shí)Cl^-過(guò)量，過(guò)量濃度c（Cl^-）=0.01-0.009=0.001mol/L；
 Ksp=c（Ag⁺）×C（Cl^-）=1.8×10^-10，
則：c（Ag⁺）=

1.8×10-10

0.001

=1.8×10^-7（mol/L）；
溶液中剩余氫離子濃度=0.01mol/L，
溶液pH=2，
故答案為：1.8×10^-7mol/L；2．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算、化學(xué)平衡及其影響、原電池工作原理、難溶物溶解平均及其計(jì)算，題目難度中等，試題題量較大，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，充分考查了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握情況，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．