Question

【題目】（Ⅰ）氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的用途，農(nóng)業(yè)對(duì)化肥的需求是合成氨工業(yè)發(fā)展的持久推動(dòng)力。某小組進(jìn)行工業(yè)合成氨N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H＜0的模擬研究，在2L密閉容器中，保持體系內(nèi)溫度600℃不變，分別加入0.2mol N2和0.6mol H2。實(shí)驗(yàn)a、b、c中c(N2)隨時(shí)間（t）的變化如下圖所示。

（1）實(shí)驗(yàn)b從開始到達(dá)平衡狀態(tài)的過程中，用H2表示的平均反應(yīng)速率為______________，600℃時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為____________（計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù)）。

（2）與實(shí)驗(yàn)a相比，實(shí)驗(yàn)b所采用的實(shí)驗(yàn)條件可能為________________（填字母序號(hào)，下同），實(shí)驗(yàn)c所采用的實(shí)驗(yàn)條件可能為_________________。

A.增大壓強(qiáng) B.減小壓強(qiáng) C.升高溫度 D.使用催化劑

（3）下列條件能使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，且能提高H2的轉(zhuǎn)化率的是___________

A.及時(shí)分離出氨氣 B.適當(dāng)增大壓 C.增大H2的濃度 D.選擇高效催化劑

（4）恒溫恒容條件下，表明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是___________

A. 混合氣體的壓強(qiáng)不再改變的狀態(tài)

B. 混合氣體的密度不再改變的狀態(tài)

C. 混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)

（Ⅱ）能源短缺是人類社會(huì)面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景。

（1）工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)原理為：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） △H，

下表所列數(shù)據(jù)是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷△H___________0 （填“＞”、“=”或“＜”）．

②在300℃時(shí)，將2mol CO、3mol H2和2mol CH3OH充入容積為1L的密閉容器中，此時(shí)反

應(yīng)將 _____________（填字母序號(hào)）．

A．向正方向移動(dòng) B．向逆方向移動(dòng) C．處于平衡狀態(tài) D．無法判斷

（2）已知在常溫常壓下：

①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l） △H=-1451.6kJmol-1

②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566.0kJmol-1

寫出該條件下甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：_______________________ 。

（3）以甲醇、氧氣為原料，KOH溶液作為電解質(zhì)構(gòu)成燃料電池總反應(yīng)為：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為___________________，隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行溶液的pH _____________（填“增大”“減小”或“不變”）．

（4）如果以該燃料電池為電源，石墨作兩極電解飽和食鹽水，則該電解過程中陽極的電極反應(yīng)式為____________________________；如果電解一段時(shí)間后NaCl溶液的體積為1L，溶液的pH為12（25℃下測(cè)定），則理論上消耗氧氣的體積為 _______ mL（標(biāo)況下），此時(shí)電路中通過的電子數(shù)為_________________________。

Answer 1

【答案】 0.012mol·L-1·min-1 18.3 D B B A ,C ＜ A CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJmol-1 【答題空10】CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O 減小 2Cl--2e-=Cl2↑ 56 0.01NA(或6.02x1021)

【解析】(Ⅰ)(1) 實(shí)驗(yàn)b從開始到達(dá)平衡狀態(tài)的過程中，用N2表示的平均反應(yīng)速率為=0.004mol·L-1·min-1，則用H2表示的平均反應(yīng)速率為3×0.004mol·L-1·min-1=0.012mol·L-1·min-1 ；

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

起始濃度(mol/L) 0.10 0.30 0

變化濃度(mol/L) 0.04 0.12 0.08

平衡濃度(mol/L) 0.06 0.18 0.08

600℃時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K==18.3；

(2)根據(jù)圖象可知b到達(dá)平衡的時(shí)間比a短，到達(dá)平衡時(shí)N2的濃度與a相同，化學(xué)平衡不移動(dòng)，故b與a相比加了催化劑，故D正確；a和c比較可知，c的速率比a小，平衡時(shí)氮?dú)獾臐舛雀�，即平衡逆向移�?dòng)，故c為減小了壓強(qiáng)，故B正確；

(3)下列選擇中能增大反應(yīng)速率的措施為適當(dāng)增大壓強(qiáng)、增大H2的濃度、選擇高效催化劑，但能提高H2的轉(zhuǎn)化率的只有適當(dāng)增大壓強(qiáng)，而催化劑不改變轉(zhuǎn)化率，增大H2的濃度降低H2的轉(zhuǎn)化率，故答案為B。

(4)A. 體積不變，混合氣體的總物質(zhì)的量是不定值，則混合氣體的壓強(qiáng)不再改變的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，故A正確；B. 容器體積和混合氣體的質(zhì)量始終不變，混合氣體的密度不再改變的狀態(tài)，不一定是平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；C. 混合氣體的質(zhì)量始終不變，混合氣體的總物質(zhì)的量是不定值，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)，是平衡狀態(tài)，故C正確；答案為AC；

(Ⅱ)(1)①依據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向進(jìn)行正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0；

②在300℃時(shí)，將2molCO、3molH2和2molCH3OH充入容積為1L的密閉容器中，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，濃度商Q==＜K=0.270，反應(yīng)正向進(jìn)行，故答案為A；

(2)①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)△H=-1451.6kJmol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0 kJmol-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算得到：CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=[(-1451.6kJmol-1)-(-566.0 kJmol-1)]×=-442.8kJmol-1，則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8kJmol-1；

(3)以甲醇、氧氣為原料，KOH溶液作為電解質(zhì)溶液構(gòu)成燃料電池總反應(yīng)為：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，甲醇燃料電池中甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，堿溶液中生成碳酸鹽，負(fù)極電極反應(yīng)為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行溶液的pH減小；

(4)電解飽和食鹽水，氯離子在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，電極反應(yīng)式為：2Cl--2e-=Cl2↑，電解一段時(shí)間，溶液的pH=12，則溶液中c(OH-)=0.01mol/L，則n(OH-)=0.01mol/L×1L=0.01mol，根據(jù)反應(yīng)2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH可知，n(Cl2)=0.01mol×=0.005mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒有4n(O2)=2n(Cl2)，所以n(O2)= =0.0025mol，故原電池消耗氧氣的體積為0.0025mol×22.4L/mol=0.056L=56mL，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為n(O2)×4=0.0025mol×4=0.01NA=6.02x1021。