Question

【題目】（Ⅰ）氮及其化合物在工農業生產中具有廣泛的用途，農業對化肥的需求是合成氨工業發展的持久推動力。某小組進行工業合成氨N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H＜0的模擬研究，在2L密閉容器中，保持體系內溫度600℃不變，分別加入0.2mol N2和0.6mol H2。實驗a、b、c中c(N2)隨時間（t）的變化如下圖所示。

（1）實驗b從開始到達平衡狀態的過程中，用H2表示的平均反應速率為______________，600℃時，該反應的化學平衡常數為____________（計算結果保留一位小數）。

（2）與實驗a相比，實驗b所采用的實驗條件可能為________________（填字母序號，下同），實驗c所采用的實驗條件可能為_________________。

A.增大壓強 B.減小壓強 C.升高溫度 D.使用催化劑

（3）下列條件能使該反應的反應速率增大，且能提高H2的轉化率的是___________

A.及時分離出氨氣 B.適當增大壓 C.增大H2的濃度 D.選擇高效催化劑

（4）恒溫恒容條件下，表明該反應達到化學平衡狀態的標志是___________

A. 混合氣體的壓強不再改變的狀態

B. 混合氣體的密度不再改變的狀態

C. 混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態

（Ⅱ）能源短缺是人類社會面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發和應用前景。

（1）工業上合成甲醇的反應原理為：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） △H，

下表所列數據是該反應在不同溫度下的化學平衡常數（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①根據表中數據可判斷△H___________0 （填“＞”、“=”或“＜”）．

②在300℃時，將2mol CO、3mol H2和2mol CH3OH充入容積為1L的密閉容器中，此時反

應將 _____________（填字母序號）．

A．向正方向移動 B．向逆方向移動 C．處于平衡狀態 D．無法判斷

（2）已知在常溫常壓下：

①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l） △H=-1451.6kJmol-1

②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566.0kJmol-1

寫出該條件下甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式：_______________________ 。

（3）以甲醇、氧氣為原料，KOH溶液作為電解質構成燃料電池總反應為：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，則負極的電極反應式為___________________，隨著反應的不斷進行溶液的pH _____________（填“增大”“減小”或“不變”）．

（4）如果以該燃料電池為電源，石墨作兩極電解飽和食鹽水，則該電解過程中陽極的電極反應式為____________________________；如果電解一段時間后NaCl溶液的體積為1L，溶液的pH為12（25℃下測定），則理論上消耗氧氣的體積為 _______ mL（標況下），此時電路中通過的電子數為_________________________。

Answer 1

【答案】 0.012mol·L-1·min-1 18.3 D B B A ,C ＜ A CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJmol-1 【答題空10】CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O 減小 2Cl--2e-=Cl2↑ 56 0.01NA(或6.02x1021)

【解析】(Ⅰ)(1) 實驗b從開始到達平衡狀態的過程中，用N2表示的平均反應速率為=0.004mol·L-1·min-1，則用H2表示的平均反應速率為3×0.004mol·L-1·min-1=0.012mol·L-1·min-1 ；

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

起始濃度(mol/L) 0.10 0.30 0

變化濃度(mol/L) 0.04 0.12 0.08

平衡濃度(mol/L) 0.06 0.18 0.08

600℃時，該反應的化學平衡常數K==18.3；

(2)根據圖象可知b到達平衡的時間比a短，到達平衡時N2的濃度與a相同，化學平衡不移動，故b與a相比加了催化劑，故D正確；a和c比較可知，c的速率比a小，平衡時氮氣的濃度高，即平衡逆向移動，故c為減小了壓強，故B正確；

(3)下列選擇中能增大反應速率的措施為適當增大壓強、增大H2的濃度、選擇高效催化劑，但能提高H2的轉化率的只有適當增大壓強，而催化劑不改變轉化率，增大H2的濃度降低H2的轉化率，故答案為B。

(4)A. 體積不變，混合氣體的總物質的量是不定值，則混合氣體的壓強不再改變的狀態是平衡狀態，故A正確；B. 容器體積和混合氣體的質量始終不變，混合氣體的密度不再改變的狀態，不一定是平衡狀態，故B錯誤；C. 混合氣體的質量始終不變，混合氣體的總物質的量是不定值，混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態，是平衡狀態，故C正確；答案為AC；

(Ⅱ)(1)①依據表中數據分析，隨溫度升高，平衡常數減小，說明平衡逆向進行正反應為放熱反應，△H＜0；

②在300℃時，將2molCO、3molH2和2molCH3OH充入容積為1L的密閉容器中，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，濃度商Q==＜K=0.270，反應正向進行，故答案為A；

(2)①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)△H=-1451.6kJmol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0 kJmol-1
依據蓋斯定律計算得到：CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=[(-1451.6kJmol-1)-(-566.0 kJmol-1)]×=-442.8kJmol-1，則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8kJmol-1；

(3)以甲醇、氧氣為原料，KOH溶液作為電解質溶液構成燃料電池總反應為：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，甲醇燃料電池中甲醇在負極失電子發生氧化反應，堿溶液中生成碳酸鹽，負極電極反應為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；隨著反應的不斷進行溶液的pH減小；

(4)電解飽和食鹽水，氯離子在陽極發生氧化反應生成氯氣，電極反應式為：2Cl--2e-=Cl2↑，電解一段時間，溶液的pH=12，則溶液中c(OH-)=0.01mol/L，則n(OH-)=0.01mol/L×1L=0.01mol，根據反應2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH可知，n(Cl2)=0.01mol×=0.005mol，根據電子轉移守恒有4n(O2)=2n(Cl2)，所以n(O2)= =0.0025mol，故原電池消耗氧氣的體積為0.0025mol×22.4L/mol=0.056L=56mL，轉移電子數為n(O2)×4=0.0025mol×4=0.01NA=6.02x1021。