Question

Ⅰ．通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。下表为一些化学键的键能数据

化学键	Si－Si	O=O	Si－O
键能/kJ·mol－1	a	b	c

 
写出硅高温燃烧的热化学方程式          。
Ⅱ．利用太阳光分解水制氢是未来解决能源危机的理想方法之一。某研究小组设计了如右图所示的循环系统实现光分解水制氢。反应过程中所需的电能由太阳能光电池提供，反应体系中I₂和Fe³⁺等可循环使用。写出下列电解池中总反应的离子方程式：

电解池A                                 。
电解池B                                 。
（2）若电解池A中生成3．36 L H₂（标准状况），计算电解池B中生成Fe²⁺的物质的量为     mol。
Ⅲ．在一定的温度下，把2体积N₂和6体积H₂分别通入一个带活塞的体积可变的容器中，活塞的一端与大气相通容器中发生如下反应：N₂(g)＋3H₂(g） 2NH₃(g)；△H＜0，反应达到平衡后，测得混合气体为7体积。

请据此回答下列问题：
（1）保持上述反应温度不变，设a、b、c分别表示加入的N₂、H₂ 和NH₃的体积，如果反应达到平衡后混合气体中各物质的量仍与上述平衡时完全相同。
①a＝1，c＝2，则b＝      。在此情况下，反应起始时将向      反应方向（填“正”或“逆”）进行。
②若需规定起始时反应向逆方向进行，则c的取值范围是               。
（2）在上述恒压装置中，若需控制平衡后混合气体为6．5体积，则可采取的措施是            ，原因是                             。

Answer 1

Ⅰ．Si(s)＋O₂(g)SiO₂(s） △H＝（2a+ b - 4c）kJ/mol（2分）
Ⅱ．（1）A 池    2H⁺ +2I^-＝H₂↑ + I₂（2分） B 池  4Fe³⁺ + 2H₂O＝4Fe²⁺ + O₂↑+ 4H⁺（2分）
（2）0．300mol（2分）
Ⅲ．（1）①  3  （2分）逆（1分）②   1＜c≤4  （2分）
（2）降低温度 （1分） 降低温度平衡向正反应方向移动，气体总分子数减少（2分）

试题分析：Ⅰ．硅是原子晶体，平均1个硅原子形成2个Si－Si键。二氧化硅是原子晶体，平均1个硅原子形成4个Si－O键。又因为反应热等于断键吸收的能量与形成化学键所放出的能量的差值，因此硅高温燃烧的热化学方程式为Si(s)＋O₂(g)SiO₂(s） △H＝（2a+ b - 4c）kJ/mol。
Ⅱ．（1）电解池左边放出氢气，氢离子在此得到电子，发生还原反应，则碘离子失去电子发生氧化反应，故A池中总反应式为2H⁺ +2I^-＝H₂↑ + I₂；电池右侧放出氧气，说明溶液中的氢氧根失去电子发生氧化反应，则溶液中的铁离子得到电子发生还原反应，因此B池总反应式为4Fe³⁺ + 2H₂O＝4Fe²⁺ + O₂↑+ 4H⁺。（2）若电解池A中生成3．36 L H₂（标准状况），其中氢气的物质的量是3．36L÷22．4L/mol＝0．15mol，转移电子0．3mol，所以根据得失电子守恒可知B池中生成亚铁离子的物质的量是0．3mol。
Ⅲ．（1）①反应达到平衡后混合气体中各物质的量仍与上述平衡时完全相同，恒温恒压条件下，采用极限分析法，c体积的氨气完全转化为氮气和氧气之比是1：3，所以只要a：b＝2：6，则b＝3a＝3，因反应前混合气体为8体积，反应后混合气体为7体积，体积差为1体积，由差量法可解出平衡时氨气为1体积；而在起始时，氨气的体积为c＝2体积，比平衡状态时大，为达到同一平衡状态，氨的体积必须减小，所以平衡逆向移动；
②若需让反应逆向进行，由上述①所求出的平衡时氨气的体积为1可知，氨气的体积必须大于1，最大值则为2体积氮气和6体积氢气完全反应时产生的氨气的体积，即为4体积，则1＜c≤4；
（2）根据6．5＜7可知，上述平衡应向体积缩小的方向移动，即向放热方向移动，所以采取降温措施，这是由于降低温度平衡向正反应方向移动，气体总分子数减少。