Question

【題目】I．已知：反應

4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH = —115.6 kJ/mol

H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g) ΔH = —184 kJ/mol

H2O(g) = H2O(l) ΔH = —44 kJ/mol

寫出H2燃燒熱的熱化學方程式 。

II．實施以減少能源浪費和降低廢氣排放為基本內容的節能減排政策，是應對全球氣候問題、建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇。化工行業的發展必須符合國家節能減排的總體要求。試運用所學知識，解決下列問題：

（1）已知某反應的平衡表達式為： ，它所對應的化學方程式為：

（2）在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：

A(g) + 3B(g)2C(g) + D（s） ΔH，其化學平衡常數K與溫度T的關系如下表：

T/K	300	400	500	…
K/(mol·L－1)2	4×106	8×107	K1	…

請完成下列問題：

①判斷該反應的ΔH 0（填“>”或“<”）

②在一定條件下，能判斷該反應一定達化學平衡狀態的是 （填序號）。

A．3v(B)（正）=2v(C)（逆） B．A和B的轉化率相等

C．容器內壓強保持不變 D．混合氣體的密度保持不變

（3）已知N2 (g)+ 3H2(g)2NH3(g) △H<0

①在一定溫度下，向容積不變（始終為10L）的密閉容器中加入2 mol N2、8 mol H2 及固體催化劑。10分鐘后反應達到平衡狀態，容器內氣體壓強變為起始的80％，此時氨氣的體積分數為： ，用氮氣表示的反應速率為： 。

②保持①中的溫度和容積不變，設a、b、c分別代表初始加入的N2、H2、NH3的物質的量，若反應達平衡后，混合氣體中NH3的體積分數與①中的相同，那么： 若a= 0.5，c= 3，則b= ，在此情況下反應起始時將向 反應方向進行。

③保持①中的溫度和容積不變，若按下列四種配比作為起始物質，達平衡后容器內N2的轉化率大于①中的是 。（填序號）

A．4molNH3 B．1.5molN2、7.5molH2和1molNH3

C．1molN2、5molH2和2molNH3 D．1molN2、6molH2和2molNH3

（4）以天然氣(假設雜質不參與反應)為原料的燃料電池示意圖如圖所示。

①放電時，負極的電極反應式為 。

②假設裝置中盛裝100.0 mL 3.0 mol·L-1 KOH溶液，放電時參與反應的氧氣在標準狀況下體積為8960 mL。放電完畢后，電解質溶液中的溶質是 電解質溶液中各離子濃度的大小關系為 。

Answer 1

【答案】Ⅰ H2(g) + 1/2O2(g)= H2O(l) ΔH= —285.8 kJ/mol

Ⅱ （1）C（S）+H2O(g) H2(g) + CO(g)

（2） ① ＞ ② CD

（3） 25% 0.01mol/(Lmin) 3.5 逆

（4）①CH4-8e－+10OH－= CO32－+7H2O ②c(K＋)>c(HCO3－)>c(CO32－)>c(OH－)>c(H＋)

【解析】

試題分析：Ⅰ、（1）①4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH = —115.6 kJ/mol、②H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g) ΔH = —184 kJ/mol、③ H2O(g) = H2O(l) ΔH = —44 kJ/mol，依據蓋斯定律：①÷2+②+③得到-115.6÷2-184-44=-285.8kJ/mol，則H2燃燒熱的熱化學方程式為H2(g) + 1/2O2(g)= H2O(l) ΔH= —285.8 kJ/mol。
Ⅱ、（1）平衡表達式為：K=c(H2)c(CO)/c(H2O) ，生成物為CO、H2，反應物含有H2O，三者化學計量數分別為1、1、1，根據元素守恒，另一反應物為固體C，對應反應的化學方程式為C（S）+H2O(g) H2(g) + CO(g)；

（2）①根據表格提供的信息，溫度升高，K值增大，說明該反應的正反應為吸熱反應，即ΔH>0。

②根據正逆反應速率之比等于化學計量數之比可得2v(B)（正）=3v(C)（逆），A項錯誤；A和B的轉化率相等與反應平衡與否無關，只要最初按系數比加入A和B，A和B的轉化率就相同，B項錯誤；此反應A(g) + 3B(g) 2C(g) + D（s）是一個氣體系數發生變化的反應，則容器內壓強保持不變或混合氣體的密度保持不變均可使此反應達到平衡，C、D正確；答案選CD。

（3）①在一定溫度下，向容積不變（始終為10L）的密閉容器中加入2 mol N2、8 mol H2 及固體催化劑。10分鐘后反應達到平衡狀態，容器內氣體壓強變為起始的80％，根據三段式解答：

N2 (g)+ 3H2(g)2NH3(g) △H<0

起始物質的量(mol) 2 8 0

變化物質的量(mol) n 3n 2n

平衡物質的量(mol) 2-n 8-3n 2n 2-n+8-3n+2n=10×0.8，解答n=1

此時氨氣的體積分數為：2÷8×100%=25%，用氮氣表示的反應速率為：1mol÷(10L×10min)= 0.01mol/(Lmin)。

②保持①中的溫度和容積不變，設a、b、c分別代表初始加入的N2、H2、NH3的物質的量，若反應達平衡后，混合氣體中NH3的體積分數與①中的相同，說明此時建立的平衡與原平衡等效，根據等效平衡建立的規律，將3mol氨氣全部反應成氮氣和氫氣，生成1.5mol氮氣和4.5mol氫氣，b=8-4.5=3.5，根據上述反應達到平衡時氫氣為5mol可知，在此情況下反應起始時將向逆反應方向進行。

③A．4molNH3相當于2mol氮氣和6mol氫氣混合，也相當于在氮氣2mol、氫氣8mol的基礎上減少氫氣的物質的量，平衡逆向移動，氮氣的平衡轉化率減小；B．1.5molN2、7.5molH2和1molNH3相當于2mol氮氣和9mol氫氣，也相當于在2mol氮氣、8mol氫氣的基礎上增加1mol氫氣，氮氣的轉化率增大；C．1molN2、5molH2和2molNH3相當于2mol氮氣、8mol氫氣，與原平衡是等效平衡，氮氣的轉化率不變；D．1molN2、6molH2和2molNH3相當于2mol氮氣和9mol氫氣，也相當于在2mol氮氣、8mol氫氣的基礎上增加1mol氫氣，氮氣的轉化率增大；答案選BD。

（4）①負極發生氧化反應，甲烷在負極放電生成碳酸根離子，負極電極反應式為CH4-8e－+10OH－= CO32－+7H2O；

②參與反應的氧氣在標準狀況下體積為8960mL，物質的量為8.96L/22.4L/mol =0.4mol，根據電子轉移守恒可知，生成二氧化碳為(0.4mol×4 )/8 =0.2mol，n（NaOH）=0.1L×3.0molL-1=0.3mol，n（NaOH）：n（CO2）=0.3mol：0.2mol=3：2，介于1：1與2：1之間，生成碳酸鉀、碳酸氫鉀，令碳酸鉀、碳酸氫鉀的物質的量分別為xmol、ymol，則x+y=0.2，2x+y=0.3，解得x=0.1，y=0.1，溶液中碳酸根水解，碳酸氫根的水解大于電離，溶液呈堿性，c（OH-）＞c（H+），碳酸根的水解程度大于碳酸氫根，c（HCO3-）＞c（CO32-），鉀離子濃度最大，水解程度不大，碳酸根濃度遠大于氫氧根離子，c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+）。