题目内容

【题目】工业制硝酸的主要反应为4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(l)△H

(1)已知：氢气的燃烧热为285.8kJmol-1

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.4kJmol-1

N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=+180.6kJmol-1

则上述工业制硝酸的主要反应的△H=______。

(2)在容积固定的密闭容器中发生上述反应，容器内部分物质的物质的量浓度如下表：

浓度

c(NH3)(molL-1)

c(O2)(molL-1)

c(NO)(molL-1)

起始

0.8

1.6

0

第2min

0.6

a

0.2

第4min

0.3

0.975

0.5

第6min

0.3

0.975

0.5

第8min

0.7

1.475

0.1

①反应在第2min到第4min内，O2的平均反应速率为______。

②反应在第6min时改变了条件，改变的条件可能是______(填序号)。

A 使用催化剂　　　B 升高温度C 减小压强D 增加O2的浓度

③下列说法中能说明4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)达到平衡状态的是_____(填序号)。

A 单位时间内生成nmolNO的同时，生成nmolNH3

B 条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化

C 百分含量w(NH3)=w(NO)

D 反应速率v(NH3)∶v(O2) ∶v(NO) ∶v(H2O)=4∶5∶4∶6

E 若在恒温恒压下容积可变的容器中反应，混合气体的密度不再变化

(3)某研究所组装的CH3OH-O2燃料电池的工作原理如图所示。

①该电池工作时，b口通入的物质为______。

②该电池正极的电极反应式为______。

【答案】-1168.8kJ/mol 0.1875mol/（Lmin） B ABE CH3OH O2+4e-+4H+=2H2O

【解析】

(1)氢气的燃烧热为285.8kJ/mol，写出热化学反应方程式，结合题中的方程式，根据盖斯定律分析解答；

(2)①根据氨气的浓度变化求出氨气的速率，再求氧气的速率；

②先分析图表中反应物和生成物的浓度的变化，再根据外界对化学平衡的影响分析；

③根据达到平衡状态，正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，分析判断；

(3)根据图示中氢离子的移动方向分析判断该燃料电池的正负极，结合原电池原理分析解答。

(1)已知氢气的燃烧热为285.8kJ/mol，则①O2(g)+2H2(g)═2H2O(l)△H=-571.6kJ/mol，②N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol，③N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+180.6kJ/mol，由盖斯定律，3×①-2×②+2×③得：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(l) △H=(-571.6kJ/mol)×3-(-92.4kJ/mol)×2 +(+180.6kJ/mol)×2 =-1168.8kJ/mol，故答案为：-1168.8kJ/mol；

(2)①反应的方程式为4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(l)△H=-1168.8kJ/mol，氨气的平均化学反应速率为v===0.15 mol/(Lmin)，同一化学反应同一时间段内，各物质的反应速率之比等于计量数之比，所以氧气的平均化学反应速率为：0.15 mol/(Lmin)×=0.1875 mol/(Lmin)，故答案为：0.1875mol/(Lmin)；

②通过图表比较第6min和第8min反应物和生成物的浓度知，反应物浓度增大，生成物浓度减小，平衡逆移，所以改变的条件是升高温度，故B正确，故答案为：B；

③A．单位时间内生成n mol NO为正速率，生成n molNH3为逆速率，而且正逆速率之比等于化学计量数之比，表示正逆反应速率相等，能说明反应达到了平衡状态，故A正确；B．该反应是气体的总物质的量增大的反应，气体的质量不变，则气体平均相对分子质量减小，若容器中气体平均摩尔质量不变，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故B正确；C．百分含量w(NH3)=w(NO)，不能说明反应物或生成物的浓度不再变化，所以无法判断是否达到平衡状态，故C错误；D．反应速率v(NH3)∶v(O2) ∶v(NO) ∶v(H2O)=4∶5∶4∶6，反应开始后始终成立，不能说明反应达到平衡状态，故D错误；E．该反应是体积增大的反应，反应过程中气体的质量不变，所以气体的密度逐渐减小，当密度不变了，说明反应达到了平衡状态，故E正确；故答案为：ABE；

(3)①根据图示中氢离子由a侧电极移向c侧电极，则c侧电极为正极，所以c口通入的是氧气，则b口通入的物质为CH3OH，故答案为：CH3OH；

②c侧电极为正极，通入的是氧气，发生的电极反应为：O2+4e-+4H+=2H2O，故答案为：O2+4e-+4H+=2H2O。

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