Question

20．在一定條件下，N₂和H₂完全反應生成1molNH₃放熱46.0kJ熱量．寫出氨分解為氫氣和氮氣的熱化學方程式2NH₃（g）=N₂（g）+3H₂（g）△H=+92KJ/mol
（1）已知下列兩個熱化學方程式：H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-
C₃H₈（g）+5O₂（g）═3CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-2220.0kJ•mol^-1；
則0.5mol丙烷燃燒生成CO₂和氣態(tài)水時釋放的熱量為1022kJ．
（2）已知：TiO₂（s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+140kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-1
寫出TiO₂和焦炭、氯氣反應生成TiCl₄和CO氣體的熱化學方程式：TiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-81kJ•mol^-1
（3）科學家已獲得了極具理論研究意義的N₄分子，其結構為正四面體（如圖所示），與白磷分子相似．已知斷裂1molN-N鍵吸收193kJ熱量，斷裂1molN≡N鍵吸收941kJ熱量，則1molN₄氣體轉化為2molN₂時要放出724 kJ能量
（4）有機化合物常用作燃料電池，甲烷是常用的燃料之一，若甲烷氧氣燃料電池中電解質溶液為KOH溶液，電池放電時是將化學能轉化為電能．其電極反應式分別為：負極CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O
（5）在1L密閉容器中，充入amolN₂和bmolH₂，在一定溫度下N₂+3H₂?2NH₃，達到平衡，容器中還剩余CmolN₂，則平衡時N₂的轉化率是$\frac{a-c}{a}$×100%，H₂的轉化率是$\frac{3（a-c）}$×100%，容器中H₂的平衡濃度是（b-3a+3c）mol/L．

Answer 1

分析 N₂和H₂完全反應生成1molNH₃放熱46.0kJ熱量，生成2mol氨氣放熱92KJ，氨氣分解為吸熱反應，反應的焓變?yōu)?92KJ，依據熱化學方程式書寫得到；
（1）根據蓋斯定律來計算化學反應的焓變，結合焓變和系數之間的關系來回答；
（2）根據蓋斯定律來計算化學反應的焓變，書寫熱化學方程式即可；
（3）N₄氣體轉變?yōu)镹₂氣體先破壞N₄分子N-N鍵吸收能量，再生成N₂分子形成N≡N鍵放出能量，注意一個N₄分子中含有6個N-N鍵，根據能量的變化寫出熱化學反應方程式；
（4）電池放電時是原電池，將化學能轉化為電能，負極發(fā)生氧化反應，電極反應式為：CH₄+10 OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（5）根據容器中還剩余c molN₂計算出消耗的N₂的物質的量，再計算出N₂的轉化率；利用三段式法計算平衡時H₂的平衡濃度．

解答 解：N₂和H₂完全反應生成1molNH₃放熱46.0kJ熱量，生成2mol氨氣放熱92KJ，氨氣分解為吸熱反應，反應的焓變?yōu)?92KJ，反應的熱化學方程式為：2NH₃（g）=N₂（g）+3H₂（g）△H=+92KJ/mol；
故答案為：2NH₃（g）=N₂（g）+3H₂（g）△H=+92KJ/mol；
（1）①C₃H₈（g）+5O₂（g）═3CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-2220.0kJ•mol^-1
②H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
則丙烷燃燒生成CO₂和氣態(tài)水時的反應為：C₃H₈（g）+5O₂（g）═3CO₂（g）+4H₂O（g），△H=①+②×4=-2220.0kJ•mol^-1+4×44.0kJ•mol^-1=2044kJ•mol^-1，所以
0.5mol丙烷燃燒生成CO₂和氣態(tài)水時釋放的熱量為1022kJ，故答案為：1022kJ；
（2）①TiO₂ （s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+140kJ•mol^-1
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-1
依據蓋斯定律①+②得到：TiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-81kJ•mol^-1；
故答案為：TiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-81kJ•mol^-1；
（3）根據原子守恒知，一個N₄分子生成2個N₂分子，一個N₄分子中含有6個N-N鍵，破壞1molN₄分子中含有6molN-N鍵需要吸收193kJ/mol×6mol=1158KJ能量；
生成2molN≡N鍵放出941kJ/mol×2mol=1882KJ能量，所以該反應放出1884KJ-1158KJ=724KJ能量，所以熱化學反應方程式為N₄（g）=2N₂（g）△H=-724KJ/mol，
故答案為：724；
（4）電池放電時是原電池，將化學能轉化為電能，負極發(fā)生氧化反應，電極反應式為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案為：化學；電；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（5）根據反應方程式N₂+3H₂ ?2NH₃
            開始  a    b    0  
            轉化 a-c  3（a-c）  2（a-c）    
            平衡  c  b-3（a-c）  2（a-c）   
則平衡時N₂的轉化率=$\frac{a-c}{a}$×100%；
H₂的轉化率=$\frac{3（a-c）}$×100%；容器中H₂的平衡濃度=$\frac{b-3（a-c）}{1}$=（b-3a+3c）mol/L 
故答案為：$\frac{a-c}{a}$×100%；$\frac{3（a-c）}$×100%；（b-3a+3c）mol/L．

點評 本題考查了蓋斯定律及原電池原理，難點是電極反應式的書寫，要根據電解質溶液的酸堿性書寫，為易錯點．