题目内容
合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径，对化学工业技术也产生了重大影响．合成氨反应的化学方程式为：N2（g）+3H2（g）
2（（（NH3（g）△H=-92.2kJ/mol．合成氨工业中原料气N2可从空气中分离得到，H2可用甲烷在高温下与水蒸气反应制得．
（1）在一容积固定的密闭容器中注入N2和H2两种气体，发生上述反应．在某温度下达到平衡时各物质的浓度分别为c（H2）=9.00mol/L，c（N2）=3.00mol/L，c（NH3）=4.00mol/L，此温度下该反应的平衡常数为
（2）三个相同容器中各充入1molN2和3molH2，在不同条件下反应并达到平衡，氨的体积分数随时间的变化如图所示．下列说法正确的是
A．图I可能是不同压强对反应的影响，且P2＞P1
B．图Ⅱ可能是不同压强对反应的影响，且P1＞P2
C．图Ⅲ可能是不同温度对反应的影响，且T1＞T2
D．图Ⅱ一定是在同温同压下不同催化剂对反应的影响，且催化剂效果1＞2
（3）将水蒸气通过红热的炭即产生水蒸气，化学方程式为：C（s）+H2O（g）
H2（g）+CO（g）△H=+131.3kJ，△S=+133.7J/K该反应在低温下能否自发
（4）甲烷在高温下与水蒸气反应反应方程式为：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）．部分物质的燃烧热数据如下表：
已知1mol H2O（g）转变为1mol H2O（l）时放出44.0kJ热量．写出CH4和H2O在高温下反应的热化学方程式
（5）有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HCl-NH4Cl为电解质溶液制取新型燃料电池．请写出该电池的正极反应式
2（（（NH3（g）△H=-92.2kJ/mol．合成氨工业中原料气N2可从空气中分离得到，H2可用甲烷在高温下与水蒸气反应制得．（1）在一容积固定的密闭容器中注入N2和H2两种气体，发生上述反应．在某温度下达到平衡时各物质的浓度分别为c（H2）=9.00mol/L，c（N2）=3.00mol/L，c（NH3）=4.00mol/L，此温度下该反应的平衡常数为
7.32×10-3
7.32×10-3
．（2）三个相同容器中各充入1molN2和3molH2，在不同条件下反应并达到平衡，氨的体积分数随时间的变化如图所示．下列说法正确的是
D
D
（填序号）．A．图I可能是不同压强对反应的影响，且P2＞P1
B．图Ⅱ可能是不同压强对反应的影响，且P1＞P2
C．图Ⅲ可能是不同温度对反应的影响，且T1＞T2
D．图Ⅱ一定是在同温同压下不同催化剂对反应的影响，且催化剂效果1＞2
（3）将水蒸气通过红热的炭即产生水蒸气，化学方程式为：C（s）+H2O（g）
H2（g）+CO（g）△H=+131.3kJ，△S=+133.7J/K该反应在低温下能否自发否
否
（填：能或否）．（4）甲烷在高温下与水蒸气反应反应方程式为：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）．部分物质的燃烧热数据如下表：
| 物 质 | 燃烧热（kJ?mol-1） |
| H2（g） | -285.8 |
| CO（g） | -283.0 |
| CH4（g） | -890.3 |
CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1kJ?mol-1
CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1kJ?mol-1
．（5）有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HCl-NH4Cl为电解质溶液制取新型燃料电池．请写出该电池的正极反应式
N2+6e-+8H+=2NH4+
N2+6e-+8H+=2NH4+
．分析：（1）根据k=
计算平衡常数；
（2）根据外界条件对平衡移动的影响分析；
（3）判断自由能是否小于0，以判断反应能否自发进行；
（4）根据各反应的热化学方程式，利用盖斯定律计算；
（5）根据原电池正极发生还原反应书写．
| c2(NH3) |
| n(N2)?c3(H2) |
（2）根据外界条件对平衡移动的影响分析；
（3）判断自由能是否小于0，以判断反应能否自发进行；
（4）根据各反应的热化学方程式，利用盖斯定律计算；
（5）根据原电池正极发生还原反应书写．
解答：解：（1）k=
=
=7.32×10-3，故答案为：7.32×10-3；
（2）A．增大压强，平衡向正反应分析移动，氨气的含量增大，故A错误；
B．图Ⅱ应是催化剂对反应的影响，故B错误；
C．温度升高，平衡向逆反应分析移动，氨气的含量降低，故C错误；
D．图Ⅱ中两种途径平衡状态相同，应是催化剂对平衡的影响，1反应速率大，催化效果好，故D正确．
故答案为：D；
（3）△G=△H-T?△S=131.3kJ-T×133.7kJ×10-3，在温度较低时，△G＞0，不能自发进行；
故答案为：否；
（4）由表中数据可知：①H2（g）+
O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJ?mol-1，
②CO（g）+
O2（g）=CO2（g）△H=-283.0 kJ?mol-1，
③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3 kJ?mol-1，
④H2O（g）=H2O（l）△H=-44.0kJ?mol-1，
利用盖斯定律，将③+④-①×3-②可得：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1 kJ?mol-1，
故答案为：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1 kJ?mol-1；
（5）原电池正极发生还原反应，N2得电子生成NH4+，电极反应式为N2+6e-+8H+=2NH4+，
故答案为：N2+6e-+8H+=2NH4+．
| c2(NH3) |
| n(N2)?c3(H2) |
| 4．002 |
| 3.00×9.003 |
（2）A．增大压强，平衡向正反应分析移动，氨气的含量增大，故A错误；
B．图Ⅱ应是催化剂对反应的影响，故B错误；
C．温度升高，平衡向逆反应分析移动，氨气的含量降低，故C错误；
D．图Ⅱ中两种途径平衡状态相同，应是催化剂对平衡的影响，1反应速率大，催化效果好，故D正确．
故答案为：D；
（3）△G=△H-T?△S=131.3kJ-T×133.7kJ×10-3，在温度较低时，△G＞0，不能自发进行；
故答案为：否；
（4）由表中数据可知：①H2（g）+
| 1 |
| 2 |
②CO（g）+
| 1 |
| 2 |
③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3 kJ?mol-1，
④H2O（g）=H2O（l）△H=-44.0kJ?mol-1，
利用盖斯定律，将③+④-①×3-②可得：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1 kJ?mol-1，
故答案为：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1 kJ?mol-1；
（5）原电池正极发生还原反应，N2得电子生成NH4+，电极反应式为N2+6e-+8H+=2NH4+，
故答案为：N2+6e-+8H+=2NH4+．
点评：本题考查较为综合，涉及化学平衡，化学反应与能量以及电化学知识，题目难度较大，本题注意电极反应式的书写，注意利用盖斯定律计算反应热的方法．
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3NH3（g）△H=-92.2kJ/mol．合成氨工业中原料气N2可从空气中分离得到，H2可用甲烷在高温下与水蒸气反应制得．我国合成氨工业目前的生产条件为：催化剂-铁触媒，温度-400～500℃，压强-30～50MPa．
合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径，对化学工业技术也产生了重大影响．合成氨反应的化学方程式为N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.2kJ?mol-1．合成氨工业中原料气N2可从空气中分离得到，H2可用甲烷或焦炭与水蒸气反应制得．