Question

【題目】德國化學家哈伯(F. Haber, 1868-1930)發(fā)明的合成氨技術使大氣中的氮氣變成了生產氮肥的永不枯竭的廉價來源，從而使農業(yè)生產依賴土壤的程度減弱，解決了地球上因糧食不足導致的饑餓和死亡問題。因此這位解救世界糧食危機的化學天才獲得了 1918年諾貝爾化學獎�，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)合成氨反應的反應熱：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，在一定溫度下進行反應：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，達到平衡時，N2的轉化率為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N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，平衡后改變容器體積，容器內 N2的體積分數(shù)隨壓強的變化如圖所示。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)大小關系：KA<KB<KC

b.B點和C點的H2濃度大小關系：B<C

c.A點和B點混合氣體的密度大小關系：A<B

d.A點和C點混合氣體的平均相對分子質量大小關系：A>C

(4)合成氨工業(yè)會產生大量副產物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再生裝置中產生的CO2和H2在一定條件下反應生成甲醇，工業(yè)上利用該反應合成甲醇。

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系，△H=反應物鍵能總和－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，平衡向逆反應方向進行；(3)本題考查化學平衡圖像，a、根據(jù)勒夏特列原理，正反應方向是放熱反應，等壓下，升高溫度，平衡向逆反應反應進行，N2的體積分數(shù)增大，即T2>T1，化學平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，化學平衡常數(shù)不變，即KA<KB=KC， 故錯誤；b、增大壓強，平衡向正反應方向進行，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，氣體質量不變，A→B，氣體物質的量減小，體積減小，即B點的密度大于A點，故正確；d、根據(jù)摩爾質量的定義，組分都是氣體，氣體的質量不變， A到C氣體物質的量減小，即C點氣體的物質的量小于A點，因此C點氣體平均相對分子質量大于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，陽極反應式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O；②HCO3－溶液中存在HCO3－H＋＋CO32－，陰極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，消耗H＋，促使平衡向正反應方向進行；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 。