Question

【題目】（1）浙江大學(xué)用甲醇、CO、O2在常壓、某溫度和催化劑的條件下合成碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3)的研究開發(fā)。已知:

①1mol CO完全燃燒放出283.0kJ的熱量;

②1mol H2O(l)完全蒸發(fā)變成H2O(g)需吸收44.0 kJ的熱量;

③2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+H2O(g) ΔH=-15.5 kJ·mol-1

則2CH3OH(g)+CO(g)+1/2O2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(l) ΔH=__________。

（2）工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)是一個放熱的可逆反應(yīng),反應(yīng)條件是高溫、高壓并且需要合適的催化劑。已知形成1mol H—H鍵、1mol N—H鍵、1mol N≡N鍵放出的能量分別為436 kJ、391 kJ、946 kJ。則:

①若1 mol氮氣完全反應(yīng)生成氨氣可放出的能量為__________kJ。

②如果將1 mol氮氣和3 mol氫氣混合,使充分反應(yīng),反應(yīng)放出的能量總小于上述數(shù)值,為什么?__________。

③實驗室模擬工業(yè)合成氨時,在容積為2L的密閉容器內(nèi),反應(yīng)經(jīng)過10分鐘后,生成10 mol 氨氣,則用氮氣表示的化學(xué)反應(yīng)速率是__________mol·L-1·min-1。

④一定條件下,當合成氨的反應(yīng)達到化學(xué)平衡時,下列說法正確的是__________。

a.以同一物質(zhì)表示的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等

b.正反應(yīng)速率最大,逆反應(yīng)速率為0

c.氮氣的轉(zhuǎn)化率達到最大值

d.氮氣和氫氣的濃度相等

e.N2、H2和NH3的體積分數(shù)相等

f.反應(yīng)達到最大限度

Answer 1

【答案】-342.5 kJ·mol-1 92 該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，1mol氮氣和3mol氫氣不能完全反應(yīng)，放出的能量總是小于92kJ 0.25 acf

【解析】

（1）根據(jù)題設(shè)條件，將①與②分別寫成熱化學(xué)方程式得，

①CO(g) + O2(g) = CO2(g) ΔH = -283.0 kJ·mol-1；

②H2O(l) = H2O(g) ΔH = +44.0 kJ·mol-1；

結(jié)合反應(yīng)③利用蓋斯定律可得，目標化學(xué)方程式2CH3OH(g)+CO(g)+1/2O2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(l)可由①-②+③得到，從而計算出反應(yīng)的焓變；

（2）①化學(xué)反應(yīng)的能量變化實質(zhì)是舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成。根據(jù)參與反應(yīng)的物質(zhì)分子內(nèi)化學(xué)鍵的斷裂吸收的能量與新化學(xué)鍵形成所放出的能量的代數(shù)和來計算1 mol氮氣完全反應(yīng)生成氨氣放出的熱量；

②反應(yīng)為可逆反應(yīng)，1 mol氮氣和3 mol氫氣混合不能反應(yīng)徹底；

③化學(xué)反應(yīng)速率的定義式 = = 計算出氨氣的速率，再結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比推出氨氣表示的化學(xué)反應(yīng)速率即可；

④根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變等物理量保持不變。選擇判斷的物理量隨著反應(yīng)的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應(yīng)到達平衡狀態(tài)。

（1）根據(jù)題設(shè)條件，將①與②分別寫成熱化學(xué)方程式得，

①CO(g) + O2(g) = CO2(g) ΔH1 = -283.0 kJ·mol-1；

②H2O(l) = H2O(g) ΔH2 = +44.0 kJ·mol-1；

結(jié)合反應(yīng)③根據(jù)蓋斯定律可得，目標化學(xué)方程式2CH3OH(g)+CO(g)+1/2O2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(l)可由①-②+③得到，所以對應(yīng)的焓變ΔH = -283.0 kJ·mol-1-（+44.0 kJ·mol-1）+（-15.5 kJ·mol-1） = -342.5 kJ·mol-1，

故答案為：-342.5 kJ·mol-1；

（2）①舊化學(xué)鍵的斷裂需要吸收的能量，新化學(xué)鍵形成需要放出的能量，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)方程式及其題設(shè)中所給數(shù)據(jù)，可計算出若1 mol氮氣完全反應(yīng)，則反應(yīng)的焓變?yōu)?/span>ΔH = 946 kJ/mol+3436 kJ/mol-6391 kJ/mol = -92 kJ/mol，則反應(yīng)放出的熱量為92 kJ，

故答案為：92；

②因反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)為可逆反應(yīng)，則1 mol氮氣和3 mol氫氣混合不能完全反應(yīng)，則實際放出的熱量小于理論值，

故答案為：該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，1mol氮氣和3mol氫氣不能完全反應(yīng)，放出的能量總是小于92 kJ；

③由化學(xué)反應(yīng)速率的定義式 = = 得，氨氣的化學(xué)反應(yīng)速率(NH3) = = 0.5 mol·L-1·min-1,又知參加反應(yīng)的各物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比，則(N2)：(NH3) = 1:2，所以(N2) = (NH3) =0.25 mol·L-1·min-1，

故答案為：0.25；

（4）當反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變等物理量保持不變。選擇判斷的物理量隨著反應(yīng)的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應(yīng)到達平衡狀態(tài)。

a. 當反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，即以同一物質(zhì)表示的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，故a項正確；

b.正反應(yīng)速率最大，逆反應(yīng)速率為0，正逆反應(yīng)速率不相等，故b項錯誤；

c.氮氣的轉(zhuǎn)化率由變化到定值（最大值）時，說明可逆反應(yīng)到達平衡狀態(tài)；

d. 當反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，各物質(zhì)的濃度保持不變，但氮氣和氫氣的濃度相等不一定是定值，故d項錯誤；

e. 當反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，N2、H2和NH3的體積分數(shù)保持不變，但各物質(zhì)的體積分數(shù)相等，不代表保持不變，故e項錯誤；

f.平衡狀態(tài)即反應(yīng)達到最大限度，故f項正確；

故答案為：acf。