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）CO在催化剂作用下可以与H₂反应生成甲醇CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．在密闭容器中充有10mol CO与20mol H₂，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如右图所示．
①M、N两点平衡状态下，容器中总物质的物质的量之比为：n（M）：n（N）=

 

．
②若M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为

 

．
（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↑
则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

2

S（g），在恒容密闭容器中，H₂S的起始浓度均为c mol?L^-1时测得不同温度时H₂S的转化率．图2中 a为H₂S的平衡转化率与温度关系曲线，b为不同温度下反应经过相同时间时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，置于图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,原电池和电解池的工作原理,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

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）①M点时，CO转化率为50%，则参加反应的n（CO）=10mol×50%=5mol，还剩余5molCO，根据方程式知，还剩余n（H₂）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH₃OH）=5mol；N点时，CO转化率为70%，参加反应的n（CO）=10mol×70%=7mol，还剩余3molCO，根据方程式知，还剩余n（H₂）=20mol-7mol×2=6mol，生成n（CH₃OH）=7mol，据此计算其物质的量之比；
②化学平衡常数只与温度有关，相同温度时其平衡常数相等，升高温度平衡向逆反应方向移动，其平衡常数减小；
（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^-；
由盖斯定律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N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-179.38 kJ?mol^-1，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-179.38 kJ?mol^-1；
（2）①M点时，CO转化率为50%，则参加反应的n（CO）=10mol×50%=5mol，还剩余5molCO，根据方程式知，还剩余n（H₂）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH₃OH）=5mol；N点时，CO转化率为70%，参加反应的n（CO）=10mol×70%=7mol，还剩余3molCO，根据方程式知，还剩余n（H₂）=20mol-7mol×2=6mol，生成n（CH₃OH）=7mol，所以容器中总物质的物质的量之比为：n（M）_总：n（N）_总=（5+10+5）mol：（3+6+7）mol=5：4，
故答案为：5：4；
②化学平衡常数只与温度有关，相同温度时其平衡常数相等，升高温度平衡向逆反应方向移动，其平衡常数减小，根据图象知，温度：M=N＜Q，则若M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为K_M=K_N＞K_Q，故答案为：K_M=K_N＞K_Q；
（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．