Question

17．I．通常人們把拆開1mol某化學鍵所吸收的能量看成該化學鍵的鍵能．如表為一些化學鍵的鍵能數據

化學鍵	Si-Si	O=O	Si-O
鍵能/kJ•mol-1	a	b	c

寫出硅高溫燃燒的熱化學方程式Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）△H=（2a+b-4c）kJ/mol．
Ⅱ．利用太陽光分解水制氫是未來解決能源危機的理想方法之一．某研究小組設計了如圖所示的循環系統實現光分解水制氫．反應過程中所需的電能由太陽能光電池提供，反應體系中I₂和Fe³⁺等可循環使用．

（1）寫出下列反應池中反應的離子方程式：
電解池A2H⁺+2I^-=H₂+I₂．
電解池B4Fe³⁺+2H₂O=4Fe²⁺+O₂+4H⁺．
（2）若電解池A中生成3.36L H₂（標準狀況），計算電解池B中生成Fe²⁺的物質的量為0.3mol
Ⅲ．在一定的溫度下，把2體積N₂和6體積H₂分別通入一個帶活塞的體積可變的容器中，活塞的一端與大氣相通，容器中發生如下反應：

N₂（g）+3H₂（g）  2NH₃（g）；△H＜0
反應達到平衡后，測得混合氣體為7體積．
請據此回答下列問題：
（1）保持上述反應溫度不變，設a、b、c分別表示加入的N₂、H₂和NH₃的體積，如果反應達到平衡后混合氣體中各物質的量仍與上述平衡時完全相同．
①a=1，c=2，則b=3．在此情況下，反應起始時將向逆反應方向（填“正”或“逆”）進行．
②若需規定起始時反應向逆方向進行，則c的取值范圍是1＜c≤4．
（2）在上述裝置中，若需控制平衡后混合氣體為6.5體積，則可采取的措施是降低溫度，原因是降低溫度平衡向正反應方向移動，氣體總分子數減少．

Answer 1

分析 I．根據反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能計算可得Si+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiO₂的熱化學方程式；
Ⅱ．（1）由圖可知，電解池A中，電解HI生成氫氣與I₂，電解池B中為電解鐵鹽溶液，生成Fe²⁺、O₂、H⁺；
（2）根據同一電路中，電子轉移守恒計算；
Ⅲ．（1）①在恒溫恒壓下，要使平衡狀態與原平衡狀態完全等效，可以采用極限轉化處理，按化學計量數轉化到左邊，應滿足2體積N₂、6體積H₂，計算原平衡時氨氣的體積，根據氨氣體積判斷反應進行方向；
②若讓反應逆向進行，氨氣的體積必須大于原平衡時氨氣的體積，最大值則為2體積氮氣和6體積氫氣完全反應時產生的氨氣的體積；
（2）平衡后混合氣體為6.5體，說明反應正向移動，恒壓條件下，應是改變溫度影響平衡移動，根據溫度對化學平衡移動的影響知識來回答．

解答 解：Ⅰ．硅高溫燃燒的方程式為Si+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiO₂，1molSi中含有2molSi-Si鍵，1molSiO₂中含有4molSi-O鍵，故該反應的反應熱=2×akJ/mol+bkJ/mol-4×ckJ/mol=（2a+b-4c）kJ/mol，故該反應熱化學方程式為：Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）△H=（2a+b-4c）kJ/mol，
故答案為：Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）△H=（2a+b-4c）kJ/mol；
Ⅱ．（1）由圖可知，電解池A中，電解HI生成氫氣與I₂，電解池中總反應的離子方程式為：2H⁺+2I^-=H₂↑+I₂ ；電解池B中為電解鐵鹽溶液，生成Fe²⁺、O₂、H⁺，電解池中總反應的離子方程式為：4Fe³⁺+2H₂O=4Fe²⁺+O₂↑+4H⁺；
故答案為：2H⁺+2I^-=H₂+I₂；4Fe³⁺+2H₂O=4Fe²⁺+O₂+4H⁺；
（2）電解池A中生成3.36L H₂（標準狀況），氫氣的物質的量為$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，根據電子轉移守恒，有H₂～2e^-～2Fe²⁺，則生成Fe²⁺的物質的量為0.15mol×2=0.3mol；
故答案為：0.3；
Ⅲ．（1）①反應達到平衡后混合氣體中各物質的量仍與上述平衡時完全相同，恒溫恒壓條件下，采用極限分析，按化學計量數轉化到左邊，相同物質的投入量應相同，2體積的氨氣完全轉化得到1體積氮氣、3體積氫氣，則氮氣為1+a=1，氨氣為3+b=6，應滿足a=1，則a+1=2，b+3=6，則b=3；
因反應前原混合氣體為8體積，反應后混合氣體為7體積，體積差為1體積，則：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）   體積減少
                                  2                  2
                                  1                  1
故平衡時氨氣為1體積，而在起始時，氨氣的體積c=2體積，比平衡狀態時大，為達到同一平衡狀態，氨的體積必須減小，所以平衡逆向移動；
故答案為：3；逆；
②若讓反應逆向進行，由上述①所求出的平衡時氨氣為1體積，氨氣的體積必須大于1體積，最大值則為2體積氮氣和6體積氫氣完全反應時產生的氨氣的體積，即為4體積，則1＜c≤4；
故答案為：1＜c≤4；
（2）控制平衡后混合氣體為6.5體積，氣體的總分子數減少，則要求平衡正向移動，該反應為放熱反應，恒壓條件下，只能為降低溫度；
故答案為：降低溫度；降低溫度平衡向正反應方向移動，氣體總分子數減少．

點評 本題涉及熱化學方程式書寫、電解原理、等效平衡、化學平衡影響因素等，Ⅰ為易錯點，要求學生掌握硅及二氧化硅的晶體結構確定1mol物質含有化學鍵是關鍵，Ⅲ中注意理解等效平衡原理，注意各物質的量與原平衡相等，按化學計量數轉化到左邊滿足對應物質等量，不能是等比，本題綜合性強，難度中等．