Question

氢气是清洁的能源，也是重要的化工原料．
（1）以H₂为原料制取氨气进而合成CO（NH₂）₂的反应如下：
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.40kJ?mol^-1
2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.47kJ?mol^-1
NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=+72.49kJ?mol^-1
则N₂（g）、H₂（g）与CO₂（g）反应生成CO（NH₂）₂（s）和H₂O（l）的热化学方程式为

 

．
（2）用丙烷和水为原料在电催化下制氢气，同时得到一种含有三元环的环氧化合物A，该反应的化学方程式为

 

．该反应也可生成A的同分异构体--另一种环氧化合物B，B的核磁共振氢谱为如图1中的

 

（填“a”或“b”）．

（3）已知叠氮酸（HN₃）不稳定，同时也能与活泼金属反应，反应方程式为：
2HN₃=3N₂↑+H₂↑
2HN₃+Zn=Zn（N₃）₂+H₂↑
2mol HN₃与一定量Zn完全反应，在标准状况下生成67.2L气体，其中N₂的物质的量为

 

．
（4）已知H₂S高温热分解制H₂的反应为：H₂S（g）?H₂（g）+1/2S₂（g）
在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H₂S的分解实验：
以H₂S的起始浓度均为c mol?L^-1测定H₂S的转化率，结果如图2所示．图中a为H₂S的平衡转化率与温度关系
曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H₂S的转化率．若985℃时，反应经t min达到平衡，此时H₂S的转化率为40%，则反应速率v（H₂）=

 

（用含c、t的代数式表示）．
请说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：

 

．
（5）用惰性电极电解煤浆液的方法制H₂的反应为：C（s）+2H₂O（l）=CO₂（g）+2H₂（g）现将一定量的1mol?L^-1H₂SO₄溶液和适量煤粉充分混合，制成含碳量为0.02g?mL^-1～0.12g?mL^-1的煤浆液，于图3所示装置中进行电解（两电极均为惰性电极）．则A极的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,转化率随温度、压强的变化曲线,电解原理

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律，计算得到所需热化学方程式；
（2）依据原子守恒书写生成物的结构简式，A的同分异构体结构分析氢原子种类判断氢原子的核磁共振谱；
（3）2mol HN₃与一定量Zn完全反应，在标准状况下生成67.2L气体，物质的量=

67.2L

22.4L/mol

=3mol，结合化学方程式计算得到；
（4）依据化学反应速率之比等于化学方程式计量数之比，计算硫化氢的反应速率得到氢气反应速率；温度升高，速率增大，达到平衡所需时间减小；
（5）分析图可知A为阳极，结合反应的化学方程式可知是碳失电子发生氧化反应生成二氧化碳；

解答： 解：（1）①N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.40kJ?mol^-1
②2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.47kJ?mol^-1
③NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=+72.49kJ?mol^-；
依据盖斯定律①+②+③得到，N₂（g）、H₂（g）与CO₂（g）反应生成CO（NH₂）₂（s）和H₂O（l）的热化学方程式为：
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-179.38 kJ?mol^-1；
（2）用丙烷和水为原料在电催化下制氢气，同时得到一种含有三元环的环氧化合物A，依据原子守恒配平书写化学方程式为：CH₃CH₂CH₃+H₂O→+2H₂ ；该反应也可生成A的同分异构体--另一种环氧化合物B，应为，分子中含有两种氢原子，所以B的核磁共振氢谱中应存在两种氢谱，图中a符合；

故答案为：CH₃CH₂CH₃+H₂O→+2H₂，a；
（3）生成氮气物质的量为x，依据化学方程式计算：在标准状况下生成67.2L气体，物质的量=

67.2L

22.4L/mol

=3mol，气体为氢气和氮气；
   2HN₃=3N₂↑+H₂↑
   2     3     1
  

2

3

x    x   

1

3

x
  2HN₃+Zn=Zn（N₃）₂+H₂↑
  2                  1
 2（3-

1

3

x-x）        3-

1

3

x-x
2mol HN₃与一定量Zn完全反应生成氢气1mol，得到：
2（3-

1

3

x-x）+

2

3

x=2
x=2mol；
故答案为：2 mol；
（4）H₂S的起始浓度均为c mol?L^-1，反应经t min达到平衡，此时H₂S的转化率为40%，H₂S（g）?H₂（g）+

1

2

S₂（g），
得到V（H₂）=V（H₂S）=

40% c

t

mol/L?min=

0.4c

t

mol?L^-1?min^-1，随温度的升高，曲线b向曲线a逼近，温度升高，反应速率加快，转化率增大，达到平衡所需的时间缩短；
故答案为：0.4c/t mol?L^-1?min^-1，温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短；
（5）用惰性电极电解煤浆液的方法制H₂的反应为：C（s）+2H₂O（l）=CO₂（g）+2H₂（g）现将一定量的1mol?L^-1H₂SO₄溶液和适量煤粉充分混合，制成含碳量为0.02g?mL^-1～0.12g?mL^-1的煤浆液，A电极为电解池的阳极，电极反应为：C+2H₂O-4e^-=CO₂↑+4H⁺；
故答案为：C+2H₂O-4e^-=CO₂↑+4H⁺．

点评：本题考查了热化学方程式计算和盖斯定律的应用，化学平衡，反应速率计算，电解池电极反应的分析判断，掌握基础是关键，题目难度中等．