Question

【題目】(1)已知：As(s)＋H2(g)＋2O2(g)===H3AsO4(s)　ΔH1

H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2

2As(s)＋O2(g)===As2O5(s)　ΔH3

則反應(yīng)As2O5(s)＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)的ΔH＝____________________。

(2)下圖是通過熱化學(xué)循環(huán)在較低溫度下由水或硫化氫分解制備氫氣的反應(yīng)系統(tǒng)原理。

通過計算，可知系統(tǒng)(Ⅰ)和系統(tǒng)(Ⅱ)制氫的熱化學(xué)方程式分別為__________________、_____________，制得等量H2所需能量較少的是________。

(3)N2與H2反應(yīng)生成NH3的過程中能量變化曲線如圖所示。若在一個固定容積的密閉容器中充入1 mol N2和3 mol H2，使反應(yīng)N2＋3H22NH3達(dá)到平衡，測得反應(yīng)放出熱量為Q1。填寫下列空白：

①Q1____________________92 kJ。

②b曲線是______________時的能量變化曲線。

③上述條件下達(dá)到平衡時H2的轉(zhuǎn)化率為_______________。

④在溫度體積一定的條件下，若通入2 mol N2和6 mol H2反應(yīng)后放 出的熱量為Q2 kJ，則2Q1與Q2的關(guān)系為____________________。

Answer 1

【答案】2ΔH1-3ΔH2-ΔH3 H2O(l)=H2(g)+ O2(g) △H=+286 kJ/mol H2S (g)=H2(g)+S(s) △H=+20 kJ/mol 系統(tǒng)II < 加催化劑 Q2>2Q1

【解析】

(1)已知：①As(s)＋H2(g)＋2O2(g)=H3AsO4(s)　ΔH1

②H2(g)＋O2(g)=H2O(l)　ΔH2

③2As(s)＋O2(g)=As2O5(s)　ΔH3

根據(jù)蓋斯定律，由①×2-②×3-③可得反應(yīng)As2O5(s)＋3H2O(l)=2H3AsO4(s) ΔH＝2ΔH1-3ΔH2-ΔH3；

(2)①H2SO4(aq)=SO2(g)+H2O(l)+ O2(g) △H1=＋327 kJ/mol

②SO2(g)+I2(s)+ 2H2O(l)=2HI(aq)+ H2SO4(aq) △H2=－151 kJ/mol

③2HI(aq)= H2 (g)+ I2(s) △H3=＋110 kJ/mol

④H2S(g)+ H2SO4(aq)=S(s)+SO2(g)+ 2H2O(l) △H4=＋61 kJ/mol

①+②+③，整理可得系統(tǒng)（I）的熱化學(xué)方程式H2O(l)=H2(g)+ O2(g) △H=+286 kJ/mol；

②+③+④，整理可得系統(tǒng)（II）的熱化學(xué)方程式H2S (g)=H2(g)+S(s) △H=+20 kJ/mol。

根據(jù)系統(tǒng)I、系統(tǒng)II的熱化學(xué)方程式可知：每反應(yīng)產(chǎn)生1 mol氫氣，后者吸收的熱量比前者少，所以制取等量的H2所需能量較少的是系統(tǒng)II；

（3）①由圖可知反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=508 kJmol-1-600 kJmol-1=-92kJmol-1，N2與H2反應(yīng)生成NH3的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，反應(yīng)為不能完全轉(zhuǎn)化為生成物，即1mol N2和3mol H2不能完全反應(yīng)生成1molNH3，則反應(yīng)放出的熱量值Q1<92 kJ；

②加催化劑降低反應(yīng)的活化能，所以圖中b曲線代表加入了催化劑；

③設(shè)轉(zhuǎn)化的氫氣為xmol，

N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=-92kJmol-1

3mol 92kJ

xmol Q1kJ

則x= mol

所以 達(dá)平衡時H2的轉(zhuǎn)化率為=；

④向密閉容器中通入1mol N2和3mol H2，不可能完全轉(zhuǎn)化，所以達(dá)到平衡時放出熱量Q1kJ；另一容積相同的密閉容器中通入2mol N2和6mol H2，達(dá)到平衡時若與原平衡相同，則放出熱量應(yīng)該是2Q1kJ，通入2mol N2和6mol H2的壓強比通入1mol N2和3mol H2的大了，平衡還會向正向移動，放出的熱量還會增大，即Q2>2Q1。