Question

【題目】運用化學反應原理研究碳、氮、硫的單質及其化合物的反應對緩解環境污染、能源危機具有重要意義。

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

(2)起始時投入氮氣和氫氣的物質的量分別為1mol、3mol，在不同溫度和壓強下合成氨。平衡時混合物中氨的體積分數與溫度的關系如圖。

①恒壓時，反應一定達到平衡狀態的標志是_____________(填序號)

A．和的轉化率相等 B．反應體系密度保持不變

C．相同時間內，斷開H-H鍵的數目和生成N-H鍵的數目相同

D．容器內氣體濃度c(N2):c(H2):c (NH3)=1:3:2

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

③C點的轉化率為________；在A、B兩點條件下，該反應從開始到平衡時生成氮氣的平均速率：υ(A)__________υ(B)。

Ⅱ.用間接電化學法去除煙氣中NO的原理如下圖所示。

(3)已知陰極室溶液呈酸性，則陰極的電極反應式為_____________。反應過程中通過質子交換膜(ab)的為2mol時，吸收柱中生成的氣體在標準狀況下的體積為_____________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熱；達到平衡時，正、逆反應速率相等，各物質的濃度不變，氣體的總物質的量不變，以此判斷；增大壓強，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，平衡常數減小；起始時投入氮氣和氫氣分別為1mol、3mol，反應的方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，C點氨氣的含量為50%，結合方程式計算；壓強越大、溫度越高，反應速率越快；根據圖示可知，陰極通入的亞硫酸根發生得電子的還原反應生成S2O，結合溶液為酸性書寫陰極反應式；寫出電解池的總反應，根據通過的氫離子物質的量可知轉移電子的物質的量，吸收柱中生成的氣體為氮氣，然后利用電子守恒計算氮氣的物質的量，最后根據V=nVm計算標況下體積。

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，則無論是否達到平衡狀態，轉化率都相等，N2和H2轉化率相等不能用于判斷是否達到平衡狀態，故A錯誤；

B．氣體的總質量不變，由于該反應的正反應是氣體體積減小的反應，恒壓條件下，當反應體系密度保持不變時，說明體積不變，則達到平衡狀態，故B正確；

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

D．達平衡時各物質的濃度保持不變，但不一定等于化學計量數之比，c(N2):c(H2):c (NH3)=1:3:2，不能確定反應是否達到平衡狀態，D錯誤；

故正確的是B；

②由于該反應的正反應是氣體體積減小的反應，增大壓強，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，該反應的正反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小，則反應平衡常數：B點＞D點，B和C在相同的溫度下，平衡常數相等，B點=C點，C點=B點＞D點；

③起始時投入氮氣和氫氣分別為1mol、3mol，反應的方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，C點氨氣的含量為50%，設轉化N2物質的量為xmol，則

則×100%=50%，解得x=，則C點H2的轉化率為×100%=66.7%，B點的壓強、溫度都比A點高，壓強越大、溫度越高，反應速率越大，所以υ(A)＜υ(B)；

II. (3) 根據圖示可知，陰極通入的亞硫酸根-發生得電子的還原反應生成S2O，則陰極反應式為：2SO+4H++2e-=S2O+2H2O；反應過程中通過質子交換膜(ab)的H+為2mol時，吸收柱中生成的氣體在標準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，發生反應為：2H2O-4e-=4H++O2↑，則電解池中總反應為：4SO+4H+2S2O+2H2O+O2↑，即轉移4mol電子時有4mol氫離子通過質子交換膜，則反應過程中通過質子交換膜(ab)的H+為2mol時，轉移電子的物質的量為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，根據得失電子守恒可知，吸收柱中生成N2的物質的量為：n(N2)==0.5mol，標況下0.5mol氮氣的體積為：22.4L/mol×0.5mol=11.2L。