Question

（I）保護環境已成為當前和未來的一項全球性課題。為解決目前燃料使用過程中的環境污染問題，并緩解能源危機，有的專家提出利用太陽能促使燃料循環使用的構想，如圖所示：

請回答下列問題：
(1)過程Ⅰ的能量轉化形式為________能轉化為________能。
(2)上述轉化過程中，ΔH₁和ΔH₂的關系是________。
(3)斷裂1 mol化學鍵所需的能量見下表：

共價鍵	H—N	H—O	N≡N	O＝O
斷裂1 mol化學鍵所需能量/(kJ·mol－1)	393	460	941	499

常溫下，N₂與H₂O反應生成NH₃的熱化學方程式為_______________________。
(II)在一試管中加入0.01mol/L的KMnO₄酸性溶液和0.1mol/LH₂C₂O₄溶液，在恒溫下發生如下反應：
2KMnO₄+5 H₂C₂O₄+3H₂SO₄＝K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂+8H₂O。5分鐘后測得Mn²⁺的濃度為0.004mol/L；
（4）試計算0—5分鐘內，υ(H₂C₂O₄)＝____________。
(5)如果反應從開始進行一段時間后，速率—時間圖像如圖：。試解釋t₁—t₂，t₂—t₃速率變化的原因。______________________________________________________。

Answer 1

（I）（1）太陽   1分，化學  (1分)。   （2）△H₁＝－△H₂  (1分)
（3）2N₂(g)+6H₂O(g) 4NH₃(g)+3O₂(g)   △H＝+1189kJ/mol  (4分)
（Ⅱ）（4）0.002md/(L·min)  (2分)
（5）t₁—t₂說明Mn²⁺作催化劑；t₂—t₃：反應物濃度降低  (4分)

試題分析：（I）（1）根據轉化示意圖可知，過程I是利用太陽能將氮氣、水和CO₂等轉化為氫氣、氧氣、氨氣、甲醇和甲烷等，因此能量轉化是太陽能轉化為化學能。
（2）過程Ⅱ是在一定條件下氫氣、氧氣、氨氣、甲醇和甲烷等又重新轉化為CO₂、水和氮氣等，所以根據能量守恒可知△H₁＝－△H₂。
（3）根據原子守恒可知，氮氣與水反應生成氨氣的同時還有氧氣生成，反應的化學方程式為2N₂+6H₂O 4NH₃(g)+3O₂。由于反應熱等于斷鍵吸收的能量與形成化學鍵所放出的能量的差值，則該反應的反應熱△H＝2×942kJ/mol＋6×2×460kJ/mol－4×3×393kJ/mol－3×499kJ/mol＝＋1189kJ/mol，即熱化學方程式為2N₂(g)+6H₂O(g) 4NH₃(g)+3O₂(g)  △H＝+1189kJ/mol。
（Ⅱ）（4）5分鐘后測得Mn²⁺的濃度為0.004mol/L ，則根據方程式可知消耗草酸的物質的量濃度是0.004mol/L× ＝0.01mol/L，所以反應速率υ(H₂C₂O₄)＝0.01mol/L ÷5min＝0.002md/(L·min)。
（5）由于影響反應速率的因素一般有溫度、濃度和催化劑等，體系溫度不變，所以影響反應速率的因素可以從濃度和催化劑的角度分析。t₁—t₂反應速率升高，說明Mn²⁺作催化劑，加快了反應速率；而t₂—t₃后反應速率又降低，這說明反應物濃度降低導致反應速率降低。