Question

工業制硝酸的主要反應為：4NH₃（g）+5O₂（g）4NO（g）+6 H₂O（g）△H。
（1）已知氫氣的燃燒熱為285．8 kJ/mol。
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g） △H=－92．4 kJ/mol;
H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44．0 kJ/mol;
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180．6 kJ/mol。
則上述工業制硝酸的主要反應的△H=                        。
（2）在容積固定的密閉容器中發生上述反應，容器內部分物質的物質的量濃度如下表：

①反應在第2 min到第4 min時，O₂的平均反應速率為                  。
②反應在第6 min時改變了條件，改變的條件可能是         （填序號）。
A．使用催化劑     B．升高溫度  C．減小壓強     D．增加O₂的濃度
③下列說法中能說明4NH₃（g）+5O₂（g）4NO（g）+6 H₂ O（g）達到平衡狀態的是       （填序號）。
A．單位時間內生成n mol NO的向時，生成n mol NH₃
B．條件一定，混合氣體的平均相對分子質量不再變化
C．百分含量w（NH₃）=w（NO）
D．反應速率v（NH₃）：u（O₂）：v（NO）：v（H₂O）=4：5：4：6
E．若在恒溫恒壓下容積可變的容器中反應，混合氣體的密度不再變化
（3）某研究所組裝的CH₃OH－O₂燃料電池的工作原理如圖所示。

①該電池工作時，b口通入的物質為____     。
②該電池正極的電極反應式為：                        。
③以此電池作電源，在實驗室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理（裝置如圖所示）的過程中，發現溶液逐漸變渾濁并有氣泡產生，其原因可能是                                  （用相關的離子方程式表示）。

Answer 1

（1）－904.8kJ·mol^－1  （2）①0.1875mol/(L·min) ②B  ③ ABE
（3）①CH₃OH ②O₂＋4e^－＋4H^＋=2H₂O ③Al^3＋＋3HCO₃^－=Al(OH)₃＋3CO₂(Al－3e^－＋3HCO₃^-Al(OH)₃＋3CO₂也給分)

試題分析：（1）H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（l）△H=－285.8kJ·mol^－1①
N₂（g）+3H₂（g）   2NH₃（g） △H=－92．4 kJ/mol     ②
H₂O（1）   H₂O（g）△H=+44．0 kJ/mol       ③
N₂（g）+O₂（g）   2NO（g）△H=+180．6 kJ/mol ④
根據蓋斯定律，由方程式①×6－②×2③×6+④×2得工業制硝酸的主要反應為：4NH₃（g）+5O₂（g）4NO（g）+6 H₂O（g）△H＝－904.8kJ·mol^－1；
（2））①氨氣的平均化學反應速率為v= = ="0.015" mol·L^－1·min^－1，同一化學反應同一時間段內，各物質的反應速率之比等于計量數之比，所以氧氣的平均化學反應速率為0.1875mol·L^－1·min^－1；
②通過圖表比較起始到第6min和第6min到第8min時知，反應物濃度變大和生成物濃度變小，逆向移動，所以改變的條件是升高溫度；B正確，使用催化劑，平衡不移動，A錯誤；減小壓強和增加O₂的濃度，正向移動，CD錯誤；故答案為：B；
③A．單位時間內生成n mol NO的向時，生成n mol NH₃，說明v_正=v_逆，A正確；
B．條件一定，混合氣體的平均相對分子質量不再變化，方程式兩邊氣體的化學計量數之和不相等，氣體的物質的量是個變化的量，氣體的質量始終不變，所以混合氣體的平均相對分子質量不變，證明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態，B正確；
C．百分含量w（NH₃）=w（NO），不能說明v_正=v_逆，C錯誤；
D．反應速率v（NH₃）：u（O₂）：v（NO）：v（H₂O）=4：5：4：6，不能說明v_正=v_逆，D錯誤；
E．由于反應方程式兩邊氣體的質量不變，容器的容積不變，所以混合氣體的密度可變，因此混合氣體的密度是一個變量，可以判斷是否達到了平衡狀態，E正確；
（3）①在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負極，氧氣作正極，電解質中的陽離子移向正極，所以c口通入的物質為氧氣，b口通入的物質為甲醇； ②該電池正極是氧氣發生得電子的還原反應，電極反應式為：O₂+4e^－+4H^＋=2H₂O， ③在電解池中，金屬鋁為陽極，發生電極反應：Al→Al^3＋+3e^－，鋁離子會和碳酸氫根離子之間發生雙水解反應生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳，即Al^3＋+3HCO₃^－=Al（OH）3↓+3CO₂↑，溶液逐漸變渾濁，故答案為：Al^3＋＋3HCO₃^－=Al(OH)₃＋3CO₂(Al－3e^－＋3HCO₃^－=Al(OH)₃＋3CO₂)。