Question

【題目】運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究碳、氮、硫的單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)對緩解環(huán)境污染、能源危機(jī)具有重要意義。

I.氨為重要的化工原料，有廣泛用途。

(1)合成氨中的氫氣可由下列反應(yīng)制取：

a. CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) H1=+216.4kJ/mol

b. CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H2=–41.2kJ/mol

則反應(yīng)CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) H= _____________。

(2)起始時投入氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量分別為1mol、3mol，在不同溫度和壓強(qiáng)下合成氨。平衡時混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖。

①恒壓時，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是_____________(填序號)

A．和的轉(zhuǎn)化率相等 B．反應(yīng)體系密度保持不變

C．相同時間內(nèi)，斷開H-H鍵的數(shù)目和生成N-H鍵的數(shù)目相同

D．容器內(nèi)氣體濃度c(N2):c(H2):c (NH3)=1:3:2

②P1_____P2 (填“＞” “＜”“＝”或“不確定”，下同)；反應(yīng)的平衡常數(shù)：C點(diǎn)______B點(diǎn)_______D點(diǎn)。

③C點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率為________；在A、B兩點(diǎn)條件下，該反應(yīng)從開始到平衡時生成氮?dú)獾钠骄�速率�?/span>υ(A)__________υ(B)。

Ⅱ.用間接電化學(xué)法去除煙氣中NO的原理如下圖所示。

(3)已知陰極室溶液呈酸性，則陰極的電極反應(yīng)式為_____________。反應(yīng)過程中通過質(zhì)子交換膜(ab)的為2mol時，吸收柱中生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為_____________L。

Answer 1

【答案】+175.2kJ/mol B ＜ ＝ ＞ 66.7% ＜ 2SO+4H++2e-=S2O+2H2O 11.2

【解析】

利用蓋斯定律求反應(yīng)熱；達(dá)到平衡時，正、逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，氣體的總物質(zhì)的量不變，以此判斷；增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，平衡混合氣體中氨氣的百分含量增大；升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減��；起始時投入氮?dú)夂蜌錃夥謩e為1mol、3mol，反應(yīng)的方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，C點(diǎn)氨氣的含量為50%，結(jié)合方程式計算；壓強(qiáng)越大、溫度越高，反應(yīng)速率越快；根據(jù)圖示可知，陰極通入的亞硫酸根發(fā)生得電子的還原反應(yīng)生成S2O，結(jié)合溶液為酸性書寫陰極反應(yīng)式；寫出電解池的總反應(yīng)，根據(jù)通過的氫離子物質(zhì)的量可知轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，吸收柱中生成的氣體為氮?dú)�，然后利用電子守恒計算氮�(dú)獾奈镔|(zhì)的量，最后根據(jù)V=nVm計算標(biāo)況下體積。

I.(1)已知a.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) H1=+216.4kJ/mol

b.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H2=–41.2kJ/mol

將a+b，可得CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) H= (+216.4-41.2)kJ/mol=+175.2kJ/mol；

(2)①A．N2和H2的起始物料比為1：3，且按照1：3反應(yīng)，則無論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)化率都相等，N2和H2轉(zhuǎn)化率相等不能用于判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯誤；

B．氣體的總質(zhì)量不變，由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，恒壓條件下，當(dāng)反應(yīng)體系密度保持不變時，說明體積不變，則達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；

C．相同時間內(nèi)，3H2+N22NH3，假設(shè)斷開3molH-H鍵的數(shù)目為3NA，和生成6molN-H鍵的數(shù)目為6NA，數(shù)目不相等，且代表相同方向的速率，不能代表化學(xué)平衡，故C錯誤；

D．達(dá)平衡時各物質(zhì)的濃度保持不變，但不一定等于化學(xué)計量數(shù)之比，c(N2):c(H2):c (NH3)=1:3:2，不能確定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，D錯誤；

故正確的是B；

②由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，平衡混合氣體中氨氣的百分含量增大，由圖象可知P1＜P2，該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，則反應(yīng)平衡常數(shù)：B點(diǎn)＞D點(diǎn)，B和C在相同的溫度下，平衡常數(shù)相等，B點(diǎn)=C點(diǎn)，C點(diǎn)=B點(diǎn)＞D點(diǎn)；

③起始時投入氮?dú)夂蜌錃夥謩e為1mol、3mol，反應(yīng)的方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，C點(diǎn)氨氣的含量為50%，設(shè)轉(zhuǎn)化N2物質(zhì)的量為xmol，則

則×100%=50%，解得x=，則C點(diǎn)H2的轉(zhuǎn)化率為×100%=66.7%，B點(diǎn)的壓強(qiáng)、溫度都比A點(diǎn)高，壓強(qiáng)越大、溫度越高，反應(yīng)速率越大，所以υ(A)＜υ(B)；

II. (3) 根據(jù)圖示可知，陰極通入的亞硫酸根-發(fā)生得電子的還原反應(yīng)生成S2O，則陰極反應(yīng)式為：2SO+4H++2e-=S2O+2H2O；反應(yīng)過程中通過質(zhì)子交換膜(ab)的H+為2mol時，吸收柱中生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為電解池的陽極水電離出的氫氧根離子放電生成氧氣，發(fā)生反應(yīng)為：2H2O-4e-=4H++O2↑，則電解池中總反應(yīng)為：4SO+4H+2S2O+2H2O+O2↑，即轉(zhuǎn)移4mol電子時有4mol氫離子通過質(zhì)子交換膜，則反應(yīng)過程中通過質(zhì)子交換膜(ab)的H+為2mol時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol，生成1mol S2O，圖示NO吸收柱中S2O失去電子被氧化成SO，NO得到電子被還原成N2，根據(jù)得失電子守恒可知，吸收柱中生成N2的物質(zhì)的量為：n(N2)==0.5mol，標(biāo)況下0.5mol氮?dú)獾捏w積為：22.4L/mol×0.5mol=11.2L。