Question

4．工業制硝酸的主要反應為：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（l）△H
（1）已知氫氣的燃燒熱為△H=-285.8kJ/mol．
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol；
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.6kJ/mol．
則上述工業制硝酸的主要反應的△H=-1168.8kJ/mol．
（2）在容積固定的密閉容器中發生上述反應，容器內部分物質的物質的量濃度如表：

濃度	c（NH3）（mol/L）	c（O2）（mol/L）	c（NO）（mol/L）
起始	0.8	1.6	0
第2min	0.6	a	0.2
第4min	0.3	0.975	0.5
第6min	0.3	0.975	0.5
第8min	0.7	1.475	0.1

①反應在第2min到第4min時，O₂的平均反應速率為0.1875mol/（L•min）．
②反應在第6min時改變了條件，改變的條件可能是B（填序號）．
A．使用催化劑    B．升高溫度    C．減小壓強    D．增加O₂的濃度
③下列說法中能說明4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）達到平衡狀態的是ABE（填序號）．
A．單位時間內生成n mol NO的同時，生成n mol NH₃
B．條件一定，混合氣體的平均相對分子質量不再變化
C．百分含量w（NH₃）=w（NO）
D．反應速率v（NH₃）：v（O₂）：v（NO）：v（H₂O）=4：5：4：6
E．若在恒溫恒壓下容積可變的容器中反應，混合氣體的密度不再變化
（3）某研究所組裝的CH₂=CH₂-O₂燃料電池的工作原理如圖1所示．
①該電池工作時，b口通入的物質為C₂H₄．
②該電池負極的電極反應式為：C₂H₄-12e^-+4H₂O=2CO₂+12H⁺．
③以此電池作電源，在實驗室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理（裝置如圖2所示）的過程中，發現陽極周圍變渾濁并有氣泡產生，其原因可能是：Al-3e^-=Al³⁺、Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑（用相關的離子方程式表示）．

Answer 1

分析 （1）已知氫氣的燃燒熱為285.8 kJ/mol，則①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-285.8×2 kJ/mol=-571.6kJ/mol，又知②N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4 kJ/mol；③N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.6 kJ/mol，利用蓋斯定律，將①×3-②×2+③×2可得4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6 H₂O（l），進而可計算反應熱，以此解答；
（2）①反應在第2min到第4min時依據圖表數據可知消耗氨氣0.2mol/L，依據化學反應速率v=$\frac{△c}{△t}$計算氨氣的平均化學反應速率；再根據同一化學反應同一時間段內，各物質的反應速率之比等于計量數之比計算氧氣的平均化學反應速率；
②根據物質的濃度變化判斷反應方向；
③正逆反應速率相等，各組分濃度不變，說明達到平衡狀態，由此分析各選項；
（3）①在CH₂=CH₂燃料電池中，燃料CH₂=CH₂作負極，發生失電子的氧化反應；
②CH₂=CH₂作負極，失電子發生氣化反應；
③根據電解池的工作原理和雙水解原理知識來回答．

解答 解：已知氫氣的燃燒熱為285.8 kJ/mol，則①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-285.8×2 kJ/mol=-571.6kJ/mol，又知②N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4 kJ/mol；③N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.6 kJ/mol，利用蓋斯定律，將①×3-②×2+③×2可得4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6 H₂O（l），△H=（-571.6kJ/mol）×3+6-（-92.4 kJ/mol）×2+（+180.6 kJ/mol）×2=-1168.8kJ/mol，
故答案為：-1168.8kJ/mol；
（2）①氨氣的平均化學反應速率為v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{（0.6000-0.3000）mol/L}{2min}$=0.015 mol/L．min，同一化學反應同一時間段內，各物質的反應速率之比等于計量數之比，所以氧氣的平均化學反應速率為0.1875mol/L．min．
故答案為：0.1875mol/（L•min）；
②通通過圖表知，反應物濃度增大，生成物濃度減小，所以平衡向逆反應方向移動，即向左移動，
A．使用催化劑，平衡不移動，故錯誤；    
B．升高溫度，平衡逆向移動，反應物濃度增大，生成物濃度減小，故正確；
C．減小壓強，反應物濃度減小，生成物濃度減小，故錯誤；    
D．增加O₂的濃度，平衡正向移動，故錯誤；
故選：B；
③A．單位時間內生成n mol NO的同時，等效于消耗n mol NH₃的同時生成n mol NH₃，故正確；
B．條件一定，混合氣體的平均相對分子質量不再變化，說明正逆反應速率相等，達平衡狀態，故正確；
C．百分含量w（NH₃）=w（NO），而不是不變的狀態，不一定平衡，故錯誤；
D．只要反應發生反應速率就符合v（NH₃）：v（O₂）：v（NO）：v（H₂O）=4：5：4：6，所以不一定平衡，故錯誤；
E．若在恒溫恒壓下容積可變的容器中反應，混合氣體的密度不再變化，說明氣體的平均相對分子量不變，反應達平衡狀態，故正確；
故選：ABE；
（3）①根據裝置可以知道d處生成大量的水，所以c電極是通入的氧氣，b口通入的物質為C₂H₄，故答案為：C₂H₄；
②d處生成大量的水，所以c電極是通入的氧氣，為正極，發生電極反應為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，負極發生氧化反應，電極反應式為：C₂H₄-12e ^-+4H₂O=2CO₂+12H⁺，
故答案為：C₂H₄-12e ^-+4H₂O=2CO₂+12H⁺；
③在電解池中，金屬鋁為陽極，發生電極反應：Al-3e^-=Al³⁺，鋁離子會和碳酸氫根離子之間發生雙水解反應生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳，即Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，溶液逐漸變渾濁，故答案為：Al-3e^-=Al³⁺、Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、反應速率的計算、化學平衡的影響因素、平衡狀態的判斷、圖表數據應用判斷、原電池原理等，難度較大，掌握理解概念和有關原理是解題關鍵．