Question

【題目】I．NO是第一個被發現的生命體系氣體信號分子，具有舒張血管的功能。工業上可用“氨催化氧化法”生產NO，主要副產物為N2。請回答下列問題：

(1)以氨氣、氧氣為原料，在催化劑存在下生成NO和副產物N2的熱化學方程式如下：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H1①，4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H2②，N2(g)+O2(g)2NO(g) △H3③，則上述反應熱效應之間的關系式為△H3 =___________________。

(2)某化學研究性學習小組模擬工業合成NO的反應。在1110K時，向一恒容密閉容器內充入1mol NH3和2.8mol O2，加入合適催化劑（催化劑的體積大小可忽略不計），保持溫度不變，只發生反應4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H<0。

①下列各項能說明反應已達到化學平衡狀態的是_______。（填字母序號）

a．5c(NH3)=4c(O2)

b．N-H鍵的生成速率與O-H鍵的生成速率相等

c．混合氣體的壓強不變

d．混合氣體的密度不變

②若其他條件不變，將容器改為恒容的絕熱容器，在達到平衡后的體系溫度下的化學平衡常數為K1，則K1_____K（填“>”、“<”或“=”）。

II．(3)某化學研究性學習小組模擬用CO和H２合成甲醇，其反應為：CO(g)+2H２(g) CH3OH(g)△H<O。在容積固定為1L的密閉容器內充入2mol CO和4 mol H2，加入合適的催化劑（體積可以忽略不計）、保持250℃不變發生上述反應，用壓力計監測容器內壓強的變化如下：

反應時間/min	0	5	10	15	20	25
壓強/MPa	12.4	10.2	8.4	7.0	6.2	6.2

則反應從開始到20min時，以CO濃度變化表示的平均反應速率v(CO)＝_______，該溫度下平衡常數K=_______。

III．(4)以甲烷為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統燃料電池，目前得到廣泛的研究，下圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖。回答下列問題：

①B極上的電極反應式為_____________。

②若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解硫酸銅溶液，當陽極收集到5.6 L(標準狀況)氣體時，消耗甲烷的體積為________L(標準狀況下)。

Answer 1

【答案】 △H3=(△H1—△H2 )/2 b c < 0. 075 mol/(L﹒min) 3（mol/L)-2 (單位不作要求） CH4－8e－＋4O2－=CO2＋2H2O 2.8

【解析】

（1）由蓋斯定律計算可得△H3；

（2）①根據化學平衡狀態的特征分析，當反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、質量、體積分數以及百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發生變化，注意選擇的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不變，說明到達平衡；

②該反應為放熱反應，反應過程中反應溫度升高，平衡向逆反應方向移動，化學平衡常數減小；

（3）依據表給數據建立三段式，通過化學反應速率公式和化學平衡常數公式計算化學反應速率和化學平衡常數；

（4）①由陰離子移動方向可知B為負極，負極發生氧化反應，甲烷被氧化生成二氧化碳和水；

②依據得失電子數目守恒計算消耗甲烷的體積。

（1）由蓋斯定律可知，（①—②）/2得N2(g)+O2(g)2NO(g)，則△H3=(△H1—△H2 )/2，故答案為：△H3=(△H1—△H2 )/2；

（2）①a、5c(NH3)=4c(O2)與反應的初始物質的量以及反應的轉化程度有關，不能確定是否達到平衡，錯誤；

b、N-H鍵的生成速率與O-H鍵的生成速率相等說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態，正確；

c、該反應是一個反應前后氣體體積改變的化學反應，當反應達到平衡狀態時，各物質的量不變，導致容器中壓強不隨時間的變化而改變，混合氣體的壓強不變能夠說明反應達到平衡狀態，正確；

d、容器是恒容的，無論反應是否達到平衡狀態，混合物的質量始終不變，容器的體積不變，導致密度始終不變，混合氣體的密度不變不能說明費用達到平衡，錯誤；

故選bc，故答案為：bc；

②該反應為放熱反應，若其他條件不變，將容器改為恒容的絕熱容器，反應過程中反應溫度升高，平衡向逆反應方向移動，化學平衡常數減小，故答案為：<；

（3）由表中數據可知，20min時處于平衡狀態，設CO的轉化率為x，依據題意建立如下三段式：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始量（mol）：2 4 0

變化量（mol）：x 2x x

平衡量（mol）：2-x 4-2x x

壓強之比等于物質的量之比，則平衡時混合氣體總物質的量為（2mol+4mol）×6.2MPa/12.4MPa=（6-2x）mol，解得x=1.5 mol，則反應消耗c（CO）=1.5mol/1L=1.5 mol/L，

以CO濃度變化表示的平均反應速率v(CO)＝1.5 mol/L/20min=0.075mol/（L．min）；化學平衡常數K=c(CH3OH)/c(CO)c2(H2)= 1.5 mol/L/0.5 mol/L×(1 mol/L)2=3（mol/L)-2，故答案為：0.075mol/（L．min）；3（mol/L)-2；

（4）①由陰離子移動方向可知B為負極，負極發生氧化反應，甲烷被氧化生成二氧化碳和水，電極方程式為CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O，故答案為：CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O；

②若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解硫酸銅溶液，當陽極收集到5.6L(標準狀況)氧氣時，反應轉移1mol 電子，由得失電子數目守恒可知消耗甲烷的物質的量為0.125mol，則甲烷的體積為0.125mol×22.4mol/L=2.8L，故答案為：2.8。