Question

【題目】德國化學(xué)家哈伯(F. Haber, 1868-1930)發(fā)明的合成氨技術(shù)使大氣中的氮氣變成了生產(chǎn)氮肥的永不枯竭的廉價來源，從而使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依賴土壤的程度減弱，解決了地球上因糧食不足導(dǎo)致的饑餓和死亡問題。因此這位解救世界糧食危機(jī)的化學(xué)天才獲得了 1918年諾貝爾化學(xué)獎�，F(xiàn)在我們在實驗室模擬工業(yè)制氨的過程，以探究外界條件對平衡的影響。

查閱資料，獲得以下鍵能數(shù)據(jù)：

化學(xué)鍵	N≡N	H-H	N-H
鍵能/(kJ/mol)	946	436	391

(1)計算工業(yè)合成氨反應(yīng)的反應(yīng)熱：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=________ kJ/mol

(2)一定溫度下，向一個恒壓容器中充入N20.6mol，H2 0 .5mol，在一定溫度下進(jìn)行反應(yīng)：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，達(dá)到平衡時，N2的轉(zhuǎn)化率為1/6，此時容器的體積為1L。

①該溫度時容器中平衡體系的平衡常數(shù)是______________。

②若保持平衡時的溫度和壓強(qiáng)不變，繼續(xù)向平衡體系中通入0.9mol N2，則平衡將____(填“正向”，“逆向”或“不”)移動。

(3)在兩個壓強(qiáng)相等，溫度分別為T1和T2的容器中充入由1 mol N2和3 molH2組成的混合氣體，發(fā)生反應(yīng)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，平衡后改變?nèi)萜黧w積，容器內(nèi) N2的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)的變化如圖所示。據(jù)圖判斷下列說法正確的是______________

a.A、 B、 C三點的平衡常數(shù)大小關(guān)系：KA<KB<KC

b.B點和C點的H2濃度大小關(guān)系：B<C

c.A點和B點混合氣體的密度大小關(guān)系：A<B

d.A點和C點混合氣體的平均相對分子質(zhì)量大小關(guān)系：A>C

(4)合成氨工業(yè)會產(chǎn)生大量副產(chǎn)物CO2，工業(yè)上常用高濃度的K2CO3溶液吸收CO2，,得溶液X，再利用電解法K2CO3溶液再生，其裝置如圖所示：

①在陽極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)包括____________________和H++ HCO3-=H2O+CO2↑。

②簡述CO32-在陰極區(qū)再生的原理________________。

③再生裝置中產(chǎn)生的CO2和H2在一定條件下反應(yīng)生成甲醇，工業(yè)上利用該反應(yīng)合成甲醇。

已知：25 ℃，101 KPa下：

2H2(g)+ O2(g)=2H2O(g) Δ H1=-484kJ/mol

2CH3OH(g)+3 O2(g)=2CO2 (g)+4H2O(g) Δ H2=-1352kJ/mol

寫出CO2和H2生成1molCH3OH(g)的熱化學(xué)方程式_____________________________。

Answer 1

【答案】 (1) -92 (2) ①10mol2/L2 ②逆向 (3)bc (4) ①4OH--4e-=2H2O+O2↑② 溶液中HCO3-存在電離平衡：③HCO3-H++CO32-（1分），陰極H+放電，c(H+)減小平衡右移CO32-再生（1分）答案2：陰極H+放電使c(H+)增大（1分），OH-與HCO3-反應(yīng)生成CO32-（1分） ③ CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-50kJ/mol

【解析】（1）本題考查焓變與鍵能的關(guān)系，△H=反應(yīng)物鍵能總和－生成物鍵能總和=(946＋3×436－2×3×391)kJ·mol－1=－92kJ·mol－1；（2）本題考查化學(xué)平衡常數(shù)的計算，

① N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)

起始（mol·L－1）0.6 0.5 0

變化： 0.6×1/6 0.3 0.2

平衡： 0.5 0.2 0.2

根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義，K=c2(NH3)/[c3(H2)×c(N2)]=0.22/(0.23×0.5)=10，②恒溫恒壓下，再通入0.9molN2，體積增大，濃度減小，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；(3)本題考查化學(xué)平衡圖像，a、根據(jù)勒夏特列原理，正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)，等壓下，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)反應(yīng)進(jìn)行，N2的體積分?jǐn)?shù)增大，即T2>T1，化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，即KA<KB=KC， 故錯誤；b、增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，因此C點氫氣的濃度小于B點氫氣濃度，故正確；c、根據(jù)密度的定義，組分都是氣體，氣體質(zhì)量不變，A→B，氣體物質(zhì)的量減小，體積減小，即B點的密度大于A點，故正確；d、根據(jù)摩爾質(zhì)量的定義，組分都是氣體，氣體的質(zhì)量不變， A到C氣體物質(zhì)的量減小，即C點氣體的物質(zhì)的量小于A點，因此C點氣體平均相對分子質(zhì)量大于A點，故錯誤；（4）本題考查電解原理，①連有電源正極的電極為陽極，根據(jù)裝置圖，陽極反應(yīng)式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O；②HCO3－溶液中存在HCO3－H＋＋CO32－，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，消耗H＋，促使平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行；③根據(jù)蓋斯定律，①×3/2－②/2得到：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=(－484×3/2＋1352/2)kJ·mol－1=-50kJ/mol 。