Question

【题目】（1）工业上尝试用太阳能分解水制取H2，其过程如下:

已知:2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) △H=+571.6kJ/mol

2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) △H=+313.8kJ/mol

①过程I中，需将O2及时分离出去，目的是_________。

②过程II的热化学方释式是_________。

③整个过程中，Fe3O4的作用是_________。

（2）工业上利用H2合成氢的反应原理为:3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)。现有甲、乙两个容积为1L的密闭容器.在相同条件下，按不同的反应物投入量进行合成氢反应相关数据如下表示:

容器	甲	乙
反应物投入量	2molH2、2molN2	4malH2.4molN2
平衡时N2的浓度(mol/L)	c1=1.5	c2
NH3的体积分数	ω1	ω2
混合气体的密度(g/L)	ρ1	ρ2

①下列情况下，反应达到平衡状态的是_____(填序号)

a.3molH-H共价键断裂同时有6molN-H共价键形成

b.3v正(N2)=v逆(H2)

c.混合气体的平均相对分子质量保持不变

②反应的平衡常数K=_______(结果保留3位有效数字).

③分析上表中的数据，有以下关系:c2________3mol/L；ω1________ω2(填“>”、“<”、“=”)；若ρ1=ag/L，则ρ2________g/L(用含a的式子表示)

（3）利用氨水吸收工业废气中的SO2，既可解决环境问题，又可制备(NH4)2SO3。可用(NH4)2SO3为原料，以空气氧化法制备(NH4)2SO4，其氧化速率与温度关系如下图:

试解释在温度较高时，(NH4)2SO3氧化速率下降的原因是_________。

Answer 1

【答案】 提高Fe3O4的转化率 3FeO (s)+H2O (l)＝Fe3O4 (s)+H2 (g) ΔH＝+128.9kJ·mol-1 催化剂 bc 5.33 ＜ ＜ 2a 温度过高(NH4)2SO3会分解，浓度减小(或温度升高氧气在溶液中溶解度降低)

【解析】(1)①过程I的反应中，分离出O2，可以使反应正向移动，提高Fe3O4的转化率。

②过程II反应物为FeO 和H2O ，生成物为Fe3O4 和H2，

已知i.2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) △H=+571.6kJ/mol

ii.2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) △H=+313.8kJ/mol

根据盖斯定律，（i-ii）得，3FeO (s)+H2O (l)＝Fe3O4 (s)+H2 (g) ΔH＝+128.9kJ·mol-1

③整个过程总反应是水的分解反应，Fe3O4的作用是催化剂。

（2）a.3molH-H共价键断裂同时有6molN-H共价键形成，表示的都是正反应速率，无法判断正逆反应速率是否相等，a错误；b.达到平衡时3v正(N2)=v逆(H2)，b正确；c.混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明气体的物质的量不变，达到平衡状态，c正确；本题答案为bc。

②用“三行式”求平衡时浓度，

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

起始浓度（mol/L） 2 2 0

变化浓度（mol/L）1.5 0.5 1

平衡浓度（mol/L）0.5 1.5 1

K==5.33

③甲、乙等温等容，起始投料乙是甲的二倍，可以假想乙是两个分别进行的甲，再合二为一，这就等同于加压，平衡正向移动，因甲平衡时N2的浓度为c1=1.5，则乙平衡时N2的浓度c2<21.5mol/L，即c2<3mol/L；NH3的体积分数ω1<ω2；若ρ1=ag/L，体积不变，混合气体的质量乙是甲的二倍，根据则ρ2=2ag/L。

（3）由图中曲线可知，温度超过60℃，氧化速率反而降低，原因是温度过高(NH4)2SO3会分解，浓度减小，也可能是温度升高氧气在溶液中溶解度降低。因此，本题答案为温度过高(NH4)2SO3会分解，浓度减小(或温度升高氧气在溶液中溶解度降低)。