Question

【題目】（1）浙江大學用甲醇、CO、O2在常壓、某溫度和催化劑的條件下合成碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3)的研究開發。已知:

①1mol CO完全燃燒放出283.0kJ的熱量;

②1mol H2O(l)完全蒸發變成H2O(g)需吸收44.0 kJ的熱量;

③2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+H2O(g) ΔH=-15.5 kJ·mol-1

則2CH3OH(g)+CO(g)+1/2O2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(l) ΔH=__________。

（2）工業合成氨的反應為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)是一個放熱的可逆反應,反應條件是高溫、高壓并且需要合適的催化劑。已知形成1mol H—H鍵、1mol N—H鍵、1mol N≡N鍵放出的能量分別為436 kJ、391 kJ、946 kJ。則:

①若1 mol氮氣完全反應生成氨氣可放出的能量為__________kJ。

②如果將1 mol氮氣和3 mol氫氣混合,使充分反應,反應放出的能量總小于上述數值,為什么?__________。

③實驗室模擬工業合成氨時,在容積為2L的密閉容器內,反應經過10分鐘后,生成10 mol 氨氣,則用氮氣表示的化學反應速率是__________mol·L-1·min-1。

④一定條件下,當合成氨的反應達到化學平衡時,下列說法正確的是__________。

a.以同一物質表示的正反應速率和逆反應速率相等

b.正反應速率最大,逆反應速率為0

c.氮氣的轉化率達到最大值

d.氮氣和氫氣的濃度相等

e.N2、H2和NH3的體積分數相等

f.反應達到最大限度

Answer 1

【答案】-342.5 kJ·mol-1 92 該反應是可逆反應，1mol氮氣和3mol氫氣不能完全反應，放出的能量總是小于92kJ 0.25 acf

【解析】

（1）根據題設條件，將①與②分別寫成熱化學方程式得，

①CO(g) + O2(g) = CO2(g) ΔH = -283.0 kJ·mol-1；

②H2O(l) = H2O(g) ΔH = +44.0 kJ·mol-1；

結合反應③利用蓋斯定律可得，目標化學方程式2CH3OH(g)+CO(g)+1/2O2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(l)可由①-②+③得到，從而計算出反應的焓變；

（2）①化學反應的能量變化實質是舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成。根據參與反應的物質分子內化學鍵的斷裂吸收的能量與新化學鍵形成所放出的能量的代數和來計算1 mol氮氣完全反應生成氨氣放出的熱量；

②反應為可逆反應，1 mol氮氣和3 mol氫氣混合不能反應徹底；

③化學反應速率的定義式 = = 計算出氨氣的速率，再結合化學反應速率之比等于化學計量數之比推出氨氣表示的化學反應速率即可；

④根據化學平衡狀態的特征解答，當反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變等物理量保持不變。選擇判斷的物理量隨著反應的進行發生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態。

（1）根據題設條件，將①與②分別寫成熱化學方程式得，

①CO(g) + O2(g) = CO2(g) ΔH1 = -283.0 kJ·mol-1；

②H2O(l) = H2O(g) ΔH2 = +44.0 kJ·mol-1；

結合反應③根據蓋斯定律可得，目標化學方程式2CH3OH(g)+CO(g)+1/2O2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(l)可由①-②+③得到，所以對應的焓變ΔH = -283.0 kJ·mol-1-（+44.0 kJ·mol-1）+（-15.5 kJ·mol-1） = -342.5 kJ·mol-1，

故答案為：-342.5 kJ·mol-1；

（2）①舊化學鍵的斷裂需要吸收的能量，新化學鍵形成需要放出的能量，結合化學反應方程式及其題設中所給數據，可計算出若1 mol氮氣完全反應，則反應的焓變為ΔH = 946 kJ/mol+3436 kJ/mol-6391 kJ/mol = -92 kJ/mol，則反應放出的熱量為92 kJ，

故答案為：92；

②因反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)為可逆反應，則1 mol氮氣和3 mol氫氣混合不能完全反應，則實際放出的熱量小于理論值，

故答案為：該反應是可逆反應，1mol氮氣和3mol氫氣不能完全反應，放出的能量總是小于92 kJ；

③由化學反應速率的定義式 = = 得，氨氣的化學反應速率(NH3) = = 0.5 mol·L-1·min-1,又知參加反應的各物質的化學反應速率之比等于其化學計量數之比，則(N2)：(NH3) = 1:2，所以(N2) = (NH3) =0.25 mol·L-1·min-1，

故答案為：0.25；

（4）當反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變等物理量保持不變。選擇判斷的物理量隨著反應的進行發生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態。

a. 當反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，即以同一物質表示的正反應速率和逆反應速率相等，故a項正確；

b.正反應速率最大，逆反應速率為0，正逆反應速率不相等，故b項錯誤；

c.氮氣的轉化率由變化到定值（最大值）時，說明可逆反應到達平衡狀態；

d. 當反應達到平衡狀態時，各物質的濃度保持不變，但氮氣和氫氣的濃度相等不一定是定值，故d項錯誤；

e. 當反應達到平衡狀態時，N2、H2和NH3的體積分數保持不變，但各物質的體積分數相等，不代表保持不變，故e項錯誤；

f.平衡狀態即反應達到最大限度，故f項正確；

故答案為：acf。