Question

【題目】氫氣是一種清潔能源，又是合成氨工業的重要原料．
（1）已知：CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=206.2kJmol﹣1CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g）△H=247.4kJmol﹣1
甲烷和H2O（g）反應生成H2和CO2的熱化學方程式為 ．
（2）工業合成氨的反應原理為N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）△H=﹣92.4kJmol﹣1 ． 某溫度下，把10mol N2與28mol H2置于容積為10L的密閉容器內，10min時反應達到平衡狀態，測得氮氣的平衡轉化率為60%，則10min內該反應的平均速率v（H2）=molL﹣1min﹣1 ， 則該溫度下該反應的平衡常數K= ． 欲增大氮氣的平衡轉化率，可采取的措施有（寫一種措施即可）．
（3）如圖所示裝置工作時均與H2有關．
①圖1所示裝置中陽極的電極反應式為
②圖2所示裝置中，通入H2的管口是（選填字母代號）．
③某同學按圖3所示裝置進行實驗，實驗結束后，將玻璃管內固體物質冷卻后，溶于稀硫酸，充分反應后，滴加KSCN溶液，溶液不變紅，再滴入新制氯水，溶液變為紅色．該同學據此得出結論：鐵與水蒸氣反應生成FeO和H2 ． 該結論（填“嚴密”或“不嚴密”），你的理由是（用離子方程式和必要的文字說明）．

Answer 1

【答案】
（1）CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJ/mol
（2）0.18；3.6；增加氫氣的濃度或分離出氨氣或降溫
（3）MnO42﹣﹣e﹣=MnO4﹣；d；不嚴密；產物中含+3價鐵的物質與稀硫酸反應后生成Fe3+ ， Fe3+可與過量的Fe反應生成Fe2+：2Fe3++Fe=3Fe2+
【解析】解：（1.）CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ/mol① CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4kJ/mol②
將方程式①×2﹣②得CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJ/mol，
所以答案是：CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJ/mol；
（2.）轉化的氮氣的物質的量=10mol×60%=6mol，則10min內的平均反應速率v（N2）= =0.06mol/L．min，同一化學反應中同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數之比，所以v（H2）=0.18mol/L．min；
反應達到平衡狀態時，C（N2）= =0.4mol/L，C（H2）= mol/L，
C（NH3）= =1.2mol/L，則K= =3.6（mol/L） ﹣2；
該反應是一個反應前后氣體體積減小的放熱反應，增加反應物或減小生成物的濃度或降低溫度都能使反應向正反應方向移動，所以增加氫氣的濃度或分離出氨氣或降溫都能使該反應向正反應方向移動，
所以答案是：0.18；3.6；增加氫氣的濃度或分離出氨氣或降溫；
（3.）①陽極上錳酸根離子失電子生成高錳酸根離子，電極反應式為：MnO42﹣﹣e﹣=MnO4﹣ ．
所以答案是：MnO42﹣﹣e﹣=MnO4﹣；
②氫氧燃料堿性電池中，氫氣失電子和氫氧根離子反應生成水，圖片中氫氧根離子向d電極移動，說明d電極上是氫氣，
所以答案是：d；
③鐵和水蒸氣在高溫下反應生成四氧化三鐵和氫氣，根據反應現象知，該反應中部分鐵未參加反應導致剩余的鐵和鐵離子反應生成二價鐵離子，離子方程式為：2Fe3++Fe=3Fe2+ ， 所以說不嚴密，
所以答案是：不嚴密； 產物中含+3價鐵的物質與稀硫酸反應后生成Fe3+ ， Fe3+可與過量的Fe反應生成Fe2+：2Fe3++Fe=3Fe2+ ．
【考點精析】解答此題的關鍵在于理解化學平衡的計算的相關知識，掌握反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%．