Question

【題目】運用化學反應原理對研究部分單質及其化合物的反應有重要意義。

（1）氨是氮循環過程中的重要物質，是氮肥工業的重要原料。氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。請回答：

①已知H—H鍵鍵能為436kJ·mol-1，N≡N鍵鍵能為945 kJ·mol-1，N—H鍵鍵能為391 kJ·mol-1。由鍵能計算消耗1 mol N2時的ΔH=_____。若在恒溫、恒壓條件下向上述平衡體系中通入氦氣，平衡____(填“向左”、“向右”或“不”)移動。

②如圖中，當溫度由T1變化到T2時，KA___(填“>”、“<”或“=”)KB。

③廢氨水可以轉化成氨，氨再設計成堿性燃料電池。如圖是該燃料電池示意圖，產生的X氣體可直接排放到大氣中。a電極作____(填“正”、“負”、“陰”或“陽”)極，其電極反應式為____。

（2）某溫度下在容積固定的密閉容器中，下列反應達到平衡：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始n(CO)∶n(H2O)	CO轉化率	H2O轉化率
1∶1	0.5	0.5
1∶2	0.67	0.33
1∶3	0.75	0.25

①該反應的平衡常數為_____。該溫度下，向容器中充入1 mol CO、3 mol H2O、2 mol CO2、1.5 mol H2，則起始時該反應速率v(正)______(填“>”、“<”或“=”)v(逆)。

②結合表中數據，判斷下列說法正確的是_______(填字母)。

A．增加H2O(g)的量，CO的轉化率升高而H2O(g)的轉化率降低

B．若CO與H2O(g)的轉化率相同，二者的初始投入量一定相同

C．CO和H2O(g)初始物質的量之比等于二者轉化率之比

D．當CO與H2O(g)物質的量之比為1∶4時，CO的轉化率為0.85

③該溫度下，向容器中充入2 mol CO、2 mol H2O，達平衡時放出a kJ熱量，則該反應的ΔH=_____。

Answer 1

【答案】-93kJ·mol－1 向左 小于 負 2NH3-6e- +6OH- =N2+6H2O 1 = AB -akJ·mol－1

【解析】

（1）①反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能；恒壓條件下通入氦氣，相當于減壓；
②由圖可知，溫度升高，氨氣濃度減小，平衡逆向進行，平衡常數減小；
③a極上NH3轉化為N2，化合價升高失去電子，所以a極作負極；
（2）①計算此時濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態，若Qc＜K，反應向正反應進行，若Qc＞K，反應向逆反應進行，進而判斷正、逆速率相對大小；
②結合表格數據、轉化率公式、平衡常數、三段式可解答；
③考查等效平衡知識。

（1）①反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的反應熱△H=945kJmol-1+3×436kJmol-1-2×3×391kJmol-1=-93kJmol-1；恒壓條件下向上述平衡體系中通入氦氣，反應體系分壓減小，正反應為氣體體積減小的反應，平衡向左移動；
②由圖可知，溫度升高，氨氣濃度減小，平衡逆向進行，平衡常數減小，則平衡常數KA＞KB；
③a極上NH3轉化為可直接排入空氣中的N2，化合價升高失去電子，所以NH3充入的a極作負極，電極反應式為2NH3-6e- +6OH- =N2+6H2O；

（2）①化學平衡常數K只受溫度的影響，

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

開始（mol） 1 1 0 0
轉化（mol） 0.5 0.5 0.5 0.5
平衡（mol）0.5 0.5 0.5 0.5
因為前后氣體數目相等，容器體積可以化簡約掉，故可用物質的量代替物質的量濃度計算K值，代入平衡常數表達式可計算得K=1。

在此溫度下，向容器中充入1 mol CO、3 mol H2O、2 mol CO2、1.5 mol H2，濃度商Qc==1=K，處于平衡狀態，正反應速率等于逆反應速率；
②A．從表中數據可知，增加H2O(g)的量，CO的轉化率升高而H2O(g)的轉化率降低，故A正確；

B．物質的轉化率=，而根據反應可知：△n（CO）：△n（H2O）=計量數之比=1：1，故若CO與H2O（g）的轉化率相同時，二者的初始投入量一定相同，B正確；

C．CO和H2O（g）的轉化率之比等于計量數之比，與初始物質的量成反比，故C錯誤；

D．由（2）計算可知，此溫度下反應的平衡常數K=1．設CO與H2O（g）的初始物質的量濃度分別為1mol/L和4mol/L，達平衡時，CO的△C（CO）為Xmol/L，則根據三段式有：CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）
初始：1mol/L4molL 0mol/L 0mol/L
△C：Xmol/L Xmol/L Xmol/L Xmol/L
平衡：（1-X）mol/L （4-X）mol/L Xmol/L Xmol/L
K==1，解得：X=0.8mo/L，故 CO的轉化率=×100%=80%，故D錯誤；
答案選AB；
③2mol CO、2molH2O，當達平衡時放出aKJ熱量，和1mol CO、1molH2O起始量達到相同的平衡狀態，平衡常數為1，即轉化率為0.5，反應1mol CO放出akJ的熱量，即該反應的△H=-akJ/mol。