Question

【題目】氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用。請(qǐng)回答下列問題：

(1)下圖是1 mol NO2和1 mol CO反應(yīng)生成CO2 和NO過程中的能量變化示意圖，請(qǐng)寫出NO2 和CO反應(yīng)的熱化學(xué)方程式 _______________________________________。

(2)在0.5 L的密閉容器中，一定量的氮?dú)夂蜌錃膺M(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，其化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如下表：

T/℃	200	300	400
K	K1	K2	0.5

請(qǐng)回答下列問題：

①試比較K1、K2的大小，K1_________K2(填”＞”“=“或”＜”)。

②下列各項(xiàng)能作為判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是_________(填序號(hào)字母)。

a．容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2 b．3v正(N2)= v逆(H2)

c．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變 d．混合氣體的密度保持不變

③400℃時(shí)，反應(yīng)2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的平衡常數(shù)K為______。當(dāng)測(cè)得NH3、N2、H2的濃度分別為3 mol L1、2 mol L1、1 mol L1時(shí)，則該反應(yīng)的v正(N2)____v逆(N2)(填”＞”“=“或”＜”)。

(3)在容積為2 L的密閉容器中，充入一定量CO2和H2合成甲醇(CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH2＝－58 kJ·mol1)，在其他條件不變時(shí)，溫度T1、T2對(duì)反應(yīng)的影響圖像如圖。

①溫度為T1時(shí)，從反應(yīng)到平衡，生成甲醇的平均速率為v(CH3OH)＝______mol·L1·min1。

②圖示的溫度T1______T2(填寫“>”、“<”或“=”)。

(4)以甲烷為燃料的新型電池的成本大大低于以氫氣為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，下圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池的工作原理示意圖。

①B電極的反應(yīng)式為_____________________________________。

②若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解100 mL 1 mol·L1的硫酸銅溶液，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時(shí)，理論上消耗甲烷的體積為_________(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。

Answer 1

【答案】NO2(g)+CO(g)= NO(g)+CO2(g) ΔH=234 kJ mol1 ＞ bc 2 ＞ nA /2tA ＜ CH4＋4O2－8e =CO2＋2H2O 1.12 L

【解析】

（1）由圖可知：NO2和CO反應(yīng)為放熱反應(yīng)，1 mol NO2和1 mol CO反應(yīng)生成CO2 和NO放出234kJ的熱量，據(jù)此寫出熱化學(xué)方程式；

（2）①由△H＜0可知，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，K減小；

②根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：正逆反應(yīng)速率相等、各組分別濃度不變等來回答；

③400℃時(shí)，2NH3(g)N2(g)+3H2(g)與 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常數(shù)互為倒數(shù)關(guān)系；
計(jì)算此時(shí)濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行。

（3）①根據(jù)圖像中數(shù)值用公式v=計(jì)算 v(CH3OH)；

②用“先拐先平”法分析，圖像中T2先出現(xiàn)拐點(diǎn)，T2反應(yīng)速率快，則T1< T2；

（4）①由陰離子移動(dòng)方向可以知道B為負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷被氧化生成二氧化碳和水，A極是正極，該電極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)；
②開始階段發(fā)生反應(yīng)：2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+，銅離子完全放電后，發(fā)生反應(yīng)2H2O2H2↑+ O2↑，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時(shí)，即氫氣與氧氣的體積相等，令氫氣為xmol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒列方程計(jì)算，再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算消耗的甲烷。

（1）由圖可知：NO2和CO反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) △H＝－234kJ/mol 。

因此，本題正確答案是：NO2(g)+CO(g)= NO(g)+CO2(g) ΔH=234 kJ mol1；

（2）①升高溫度化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)。由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。所以升高溫度化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。平衡越向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)的平衡常數(shù)就越小。所以K1 >K2。

因此，本題正確答案是：＞；

②a平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度與起始加入的物質(zhì)的多少有關(guān)。只要平衡時(shí)各種物質(zhì)的濃度不變，反應(yīng)就達(dá)到了平衡。錯(cuò)誤。

b．在任何時(shí)刻都有3 v正(N2)= v正(H2)，而3v正(N2)= v逆(H2)，代入第一個(gè)式子可得v正(H2)= v逆(H2)。反應(yīng)達(dá)到平衡。正確。

c．由于容器的容積不變，若反應(yīng)達(dá)到平衡，各種物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，容器內(nèi)壓強(qiáng)也保持不變 。正確。

d．反應(yīng)無論進(jìn)行到什么程度，質(zhì)量都不會(huì)發(fā)生變化，那么任何時(shí)刻混合氣體的密度都保持不變。所以不能根據(jù)容器的容積不變來判斷反應(yīng)達(dá)到平衡。錯(cuò)誤。

因此，本題正確答案是：bc；

③400℃時(shí)，2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的化學(xué)平衡常數(shù)和反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的化學(xué)平衡常數(shù)互為倒數(shù)。即為2。

由于濃度商Qc===<0.5，所以反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)。即v正(N2)>v逆(N2)。

因此，本題正確答案是：2 ；＞ ；

（3）①根據(jù)圖像，溫度為T1時(shí)，從反應(yīng)到平衡反應(yīng)生成CH3OH的物質(zhì)的量為nAmol，生成甲醇的平均速率v(CH3OH)== nA /2tA mol·L1·min1；

因此，本題正確答案是：nA /2tA；

②用“先拐先平”法分析，圖像中T2先出現(xiàn)拐點(diǎn)，T2反應(yīng)速率快，根據(jù)溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響知：T1< T2；

因此，本題正確答案是：<；

（4）①由陰離子移動(dòng)方向可以知道B為負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷被氧化生成二氧化碳和水，電極的反應(yīng)式為CH4＋4O2－8e =CO2＋2H2O ，A極是正極，該電極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)；

因此，本題正確答案是：CH4＋4O2－8e =CO2＋2H2O；
②硫酸銅的物質(zhì)的量=0.1L×1mol/L=0.1mol，開始階段發(fā)生反應(yīng)：2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+，銅離子完全放電后，發(fā)生反應(yīng)2H2O2H2↑+ O2↑，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時(shí)，即氫氣與氧氣的體積相等，令氫氣為xmol，

根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，則：0.1mol×2+2x=4x，解得x=0.1，

根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，可以知道消耗甲烷的物質(zhì)的量==0.05mol，

故消耗甲烷的體積=0.05mol×22.4L/mol=1.12L,

因此，本題正確答案是：1.12L。