Question

【題目】I．NO是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的生命體系氣體信號(hào)分子，具有舒張血管的功能。工業(yè)上可用“氨催化氧化法”生產(chǎn)NO，主要副產(chǎn)物為N2。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)以氨氣、氧氣為原料，在催化劑存在下生成NO和副產(chǎn)物N2的熱化學(xué)方程式如下：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H1①，4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H2②，N2(g)+O2(g)2NO(g) △H3③，則上述反應(yīng)熱效應(yīng)之間的關(guān)系式為△H3 =___________________。

(2)某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)合成NO的反應(yīng)。在1110K時(shí)，向一恒容密閉容器內(nèi)充入1mol NH3和2.8mol O2，加入合適催化劑（催化劑的體積大小可忽略不計(jì)），保持溫度不變，只發(fā)生反應(yīng)4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H<0。

①下列各項(xiàng)能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_______。（填字母序號(hào)）

a．5c(NH3)=4c(O2)

b．N-H鍵的生成速率與O-H鍵的生成速率相等

c．混合氣體的壓強(qiáng)不變

d．混合氣體的密度不變

②若其他條件不變，將容器改為恒容的絕熱容器，在達(dá)到平衡后的體系溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)為K1，則K1_____K（填“>”、“<”或“=”）。

II．(3)某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬用CO和H２合成甲醇，其反應(yīng)為：CO(g)+2H２(g) CH3OH(g)△H<O。在容積固定為1L的密閉容器內(nèi)充入2mol CO和4 mol H2，加入合適的催化劑（體積可以忽略不計(jì)）、保持250℃不變發(fā)生上述反應(yīng)，用壓力計(jì)監(jiān)測(cè)容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25
壓強(qiáng)/MPa	12.4	10.2	8.4	7.0	6.2	6.2

則反應(yīng)從開(kāi)始到20min時(shí)，以CO濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(CO)＝_______，該溫度下平衡常數(shù)K=_______。

III．(4)以甲烷為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，目前得到廣泛的研究，下圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖。回答下列問(wèn)題：

①B極上的電極反應(yīng)式為_____________。

②若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解硫酸銅溶液，當(dāng)陽(yáng)極收集到5.6 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體時(shí)，消耗甲烷的體積為________L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。

Answer 1

【答案】 △H3=(△H1—△H2 )/2 b c < 0. 075 mol/(L﹒min) 3（mol/L)-2 (單位不作要求） CH4－8e－＋4O2－=CO2＋2H2O 2.8

【解析】

（1）由蓋斯定律計(jì)算可得△H3；

（2）①根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征分析，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、質(zhì)量、體積分?jǐn)?shù)以及百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，注意選擇的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變，說(shuō)明到達(dá)平衡；

②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減��；

（3）依據(jù)表給數(shù)據(jù)建立三段式，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)速率公式和化學(xué)平衡常數(shù)公式計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡常數(shù)；

（4）①由陰離子移動(dòng)方向可知B為負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷被氧化生成二氧化碳和水；

②依據(jù)得失電子數(shù)目守恒計(jì)算消耗甲烷的體積。

（1）由蓋斯定律可知，（①—②）/2得N2(g)+O2(g)2NO(g)，則△H3=(△H1—△H2 )/2，故答案為：△H3=(△H1—△H2 )/2；

（2）①a、5c(NH3)=4c(O2)與反應(yīng)的初始物質(zhì)的量以及反應(yīng)的轉(zhuǎn)化程度有關(guān)，不能確定是否達(dá)到平衡，錯(cuò)誤；

b、N-H鍵的生成速率與O-H鍵的生成速率相等說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；

c、該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積改變的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，各物質(zhì)的量不變，導(dǎo)致容器中壓強(qiáng)不隨時(shí)間的變化而改變，混合氣體的壓強(qiáng)不變能夠說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；

d、容器是恒容的，無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，混合物的質(zhì)量始終不變，容器的體積不變，導(dǎo)致密度始終不變，混合氣體的密度不變不能說(shuō)明費(fèi)用達(dá)到平衡，錯(cuò)誤；

故選bc，故答案為：bc；

②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，若其他條件不變，將容器改為恒容的絕熱容器，反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減小，故答案為：<；

（3）由表中數(shù)據(jù)可知，20min時(shí)處于平衡狀態(tài)，設(shè)CO的轉(zhuǎn)化率為x，依據(jù)題意建立如下三段式：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始量（mol）：2 4 0

變化量（mol）：x 2x x

平衡量（mol）：2-x 4-2x x

壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為（2mol+4mol）×6.2MPa/12.4MPa=（6-2x）mol，解得x=1.5 mol，則反應(yīng)消耗c（CO）=1.5mol/1L=1.5 mol/L，

以CO濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(CO)＝1.5 mol/L/20min=0.075mol/（L．min）；化學(xué)平衡常數(shù)K=c(CH3OH)/c(CO)c2(H2)= 1.5 mol/L/0.5 mol/L×(1 mol/L)2=3（mol/L)-2，故答案為：0.075mol/（L．min）；3（mol/L)-2；

（4）①由陰離子移動(dòng)方向可知B為負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷被氧化生成二氧化碳和水，電極方程式為CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O，故答案為：CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O；

②若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解硫酸銅溶液，當(dāng)陽(yáng)極收集到5.6L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氧氣時(shí)，反應(yīng)轉(zhuǎn)移1mol 電子，由得失電子數(shù)目守恒可知消耗甲烷的物質(zhì)的量為0.125mol，則甲烷的體積為0.125mol×22.4mol/L=2.8L，故答案為：2.8。