Question

【題目】運用化學反應原理研究碳、氮、硫的單質及其化合物的反應對緩解環境污染、能源危機具有重要意義。

I.氨為重要的化工原料，有廣泛用途。

(1)合成氨中的氫氣可由下列反應制取：

a. CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) H1=+216.4kJ/mol

b. CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H2=-41.2kJ/mol

則反應CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) H= _____________。

(2)起始時投入氮氣和氫氣的物質的量分別為1mol、3mol，在不同溫度和壓強下合成氨。平衡時混合物中氨的體積分數與溫度的關系如圖。

①恒壓時，反應一定達到平衡狀態的標志是_____________(填序號)

A.和的轉化率相等 B.反應體系密度保持不變

C.保持不變 D.

②P1_____P2 (填“>”“=”或“不確定”，下同)；反應的平衡常數：B點_______D點。

③C點的轉化率為________；在A、B兩點條件下，該反應從開始到平衡時生成氮氣的平均速率：υ(A)__________υ(B)。

Ⅱ.用間接電化學法去除煙氣中NO的原理如下圖所示。

已知陰極室溶液呈酸性，則陰極的電極反應式為_____________。反應過程中通過質子交換膜(ab)的為2mol時，吸收柱中生成的氣體在標準狀況下的體積為_____________L。

Answer 1

【答案】+175.2kJ/mol BC < > 66.7% < 2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O 11.2

【解析】

I.(1)則將a+b可得CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) △H；

(2)①起始時投入氮氣和氫氣分別為1mol、3mol，在不同溫度和壓強下合成氨，達到平衡時，正、逆反應速率相等，各物質的濃度不變，氣體的總物質的量不變，以此判斷；

②增大壓強，平衡正向移動，平衡混合氣體中氨氣的百分含量增大；升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小；

③起始時投入氮氣和氫氣分別為1mol、3mol，反應的方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，C點氨氣的含量為50%，結合方程式計算；壓強越大、溫度越高，反應速率越快；

II.根據圖示可知，陰極通入的SO32-發生得電子的還原反應生成S2O42-，結合溶液為酸性書寫陰極反應式；寫出電解池的總反應，根據通過的氫離子物質的量可知轉移電子的物質的量，吸收柱中生成的氣體為氮氣，然后利用電子守恒計算氮氣的物質的量，最后根據V=nVm計算標況下體積。

I.(1)已知a.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H=+216.4kJ/mol

b.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol

則將a+b，可得CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) △H=（+216.4-41.2）kJ/mol=+175.2kJ/mol；

(2)①A.N2和H2的起始物料比為1：3，且按照1：3反應，則無論是否達到平衡狀態，轉化率都相等，N2和H2轉化率相等不能用于判斷是否達到平衡狀態，A錯誤；

B.氣體的總質量不變，由于該反應的正反應是氣體體積減小的反應，恒壓條件下，當反應體系密度保持不變時，說明體積不變，則達到平衡狀態，B正確；

C.保持不變，說明氫氣、氨氣的濃度不變，反應達到平衡狀態，C正確；

D.達平衡時各物質的濃度保持不變，但不一定等于化學計量數之比，不能確定反應是否達到平衡狀態，D錯誤；

故合理選項是BC；

②由于該反應的正反應是氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡正向移動，平衡混合氣體中氨氣的百分含量增大，由圖象可知P1<P2，該反應的正反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小，則反應平衡常數：B點＞D點；

③起始時投入氮氣和氫氣分別為1mol、3mol，反應的方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，C點氨氣的含量為50%，設轉化N2物質的量為xmol，則

N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)

起始：1mol 3mol 0

轉化：x mol 3xmol 2xmol

平衡：(1-x)mol (3-3x)mol 2xmol

則×100%=50%，解得x=，則C點H2的轉化率為=66.7%，B點的壓強、溫度都比A點高，壓強越大、溫度越高，反應速率越大，所以υ(A)<υ(B)；

II.根據圖示可知，陰極通入的SO32-發生得電子的還原反應生成S2O42-，則陰極反應式為：2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O；電解池的陽極水電離出的氫氧根離子放電生成氧氣，發生反應為：2H2O-4e-=4H++O2↑，則電解池中總反應為：4SO32-+4H+2S2O42-+2H2O+O2↑，即轉移4mol電子時有4mol氫離子通過質子交換膜，則反應過程中通過質子交換膜（ab）的H+為2mol時，轉移電子的物質的量為2mol，生成1molS2O42-，圖示NO吸收柱中S2O42-失去電子被氧化成SO32-，NO得到電子被還原成N2，根據得失電子守恒可知，吸收柱中生成N2的物質的量為：n(N2)==0.5mol，標況下0.5mol氮氣的體積為：22.4L/mol×0.5mol=11.2L。