题目内容

15．（1）合成氨工业的核心反应是N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）△H=Q kJ•mol-1．反应过程中能量变化如图1所示，回答下列问题．

①在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1的变化：E1减小，（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②在500℃、2×107 Pa和催化剂条件下向一密闭容器中充入0.5mol N2和1.5mol H2，充分反应后，放出的热量＜（填“＜”、“＞”或“=”）46.2kJ．
③关于该反应的下列说法中，正确的是C（填字母）．
A．△H＞0，△S＞0  B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0D．△H＜0，△S＞0
（2）如图2是二甲醚（CH3OCH3）燃料电池的工作原理示意图．请回答下列问题：
①B电极上的电极反应式是CH3OCH3+3H2O-12e-═2CO2+12H+；
②若燃料电池中通入二甲醚（沸点为-24.9℃）的速率为2.24L•min-1（标准状况），以该燃料电池作为电源，电解2mol•L-1 CuCl2溶液500mL（两电极均为惰性电极），则通电30s后理论上阳极可析出15.98g 氯气（假设整个过程中，能量利用率为75%）．（保留小数点后两位数字）

分析 （1）①加入催化剂，降低反应的活化能；
②根据可逆反应不能反应到底的特点分析；
③依据反应特征分析，反应放热反应焓变小于0，熵变小于0；
（2）①依据图示分析通入氧气的一端为正极，通入二甲醚的一端为负极，电解质溶液为酸性环境，二甲醚失电子生成二氧化碳，根据电子守恒写出电极反应；
②依据二甲醚通入的量计算物质的量，结合电子守恒计算阳极可析出氯气．

解答 解：（1）①加入催化剂，降低反应的活化能，则E1和E2都减小，但活化能之差不变，则反应热不变，故答案为：减小；
②当0.5mol N2和1.5mol H2完全反应时，才能放出46.2kJ的热量，但反应为可能反应，不能完全进行，则密闭容器中充入0.5mol N2和1.5mol H2，充分反应后，放出的热量小于46.2kJ，故答案为：＜；
③N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）△H=Q kJ•mol-1，反应是气体体积减小的放热反应，反应的焓变△H＜0，△S＜0，故答案为：C；
（2）①反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极放电．由图可知，a极为负极，b为正极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子，a电极的电极反应式为 CH3OCH3-12e-+3H2O═2CO2+12H+；该燃料电池的最大障碍是氧化反应不完全而产生碳堵塞通入电极的气体通道；
故答案为：CH3OCH3+3H2O-12e-═2CO2+12H+；
②若以2.24L•min-1（标准状况），以该燃料电池作为电源，电解2mol•L-1 CuCl2溶液500mL（两电极均为惰性电极），则通电30s后，通入二甲醚物质的量=$\frac{2.24L/mol×0.50min}{22.4L/mol}$=0.05mol；
依据电极反应电子守恒，CH3OCH3--12e---6Cl2，整个过程中，能量利用率为75%，
n（Cl2）=0.05mol×75%×6=0.225mol
m（Cl2）=0.225mol×71g/mol=15.98g
故答案为：15.98．

点评 本题考查了催化剂对活化能的影响、可逆反应的焓变以及图象分析应用，原电池电极反应的书写方法，电子守恒的计算应用，题目难度中等．

练习册系列答案
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5．如图是Cu-Zn原电池的装置示意图，下列叙述正确的是（　　）
A．Zn片是正极B．H+在铜片上得电子
C．反应过程中电能转变为化学能D．电子从锌片通过硫酸溶液流向铜片
6．设NA为阿伏加德罗常数的值．下列说法正确的是（　　）
A．一定条件下，0.1molSO2与足量氧气反应生成SO3，转移电子数为0.2NA
B．标准状况下，20gD2O分子中所含中子数为10NA
C．标准状况下，22.4LCl2完全溶于水时形成氯水时，转移电子数为NA
D．氢氧燃料电池正极消耗22.4L气体时，电路中通过的电子数目为4NA
3．下列离子反应方程式表示正确的是（　　）
A．FeSO4酸性溶液暴露在空气中：4Fe2++O2+4H+═4Fe3++2H2O
B．过量石灰水与碳酸氢钙反应：Ca2++2HCO3-+2OH-═CaCO3↓+CO32-+2H2O
C．向氯化铝溶液中滴加过量氨水：Al3++4NH3•H2O═AlO2-+4NH4++2H2O
D．H2SO4与Ba（OH）2溶液反应：Ba2++OH-+H++SO42-═BaSO4↓+H2O
10．铁与一定量浓硝酸加热反应，得到硝酸铁溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与4.48L O2（标准状况）混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸．则消耗铁的质量约为（　　）
A．15 gB．22.4 gC．28 gD．无法计算
20．下列各组表述中，两个微粒属于同种元素原子的是（　　）
A．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2 的原子
B．2p能级有一个未成对电子的基态原子和原子的价电子排布为2s22p5
C．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子的排布为1s22s22p63s23p2
D．最外层电子数是核外电子总数的1/5的原子和价电子排布为4s24p1的原子
7．下列离子方程式书写正确的是（　　）
A．铁与氯化铁溶液反应：Fe+Fe3+═2Fe2+
B．钠与水反应：Na+H2O═Na++OH-+H2↑
C．稀硫酸与氢氧化钡溶液反应：H++OH-═H2O
D．铝与氢氧化钠溶液反应：2Al+2OH-+6H2O═2[Al（OH）4]-+3H2↑
4．下列化学反应能设计成原电池的是（　　）
A．CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑B．BaCl2+Na2SO4═2NaCl+BaSO4↓
C．2NaOH+CO2═Na2CO3+H2OD．Zn+CuSO4═ZnSO4+Cu
5．下列关于σ键和π键的理解不正确的是（　　）
A．共价单键都是σ键，共价双键中有一个σ键和一个π键
B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转
C．H2 分子中的σ键是s-s σ键，HClO分子中的σ键是p-p σ键
D．C2H4分子中有5个σ键和一个π键，N2H4中只有5个σ键

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