题目内容

目前工业合成氨的原理是：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  △H=－93.0kJ /mol；另据报道，一定条件下：2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g)  △H=" +1530.0kJ" /mol。
（1）氢气的燃烧热△H=_______________kJ/mol。
（2）在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应，下列说法正确的是      。
A．气体体积不再变化，则已平衡
B．气体密度不再变化，尚未平衡
C．平衡后，往装置中通入一定量Ar，压强不变，平衡不移动
D．平衡后，压缩装置，生成更多NH3
（3）在恒温恒容装置中进行合成氨反应，各组分浓度-时间图像如下。

① 表示N2浓度变化的曲线是        。
② 前25 min 内，用H2浓度变化表示的化学反应速率是                。
③ 在25 min末刚好平衡，则平衡常数K =           。
（4）在第25 min 末，保持其它条件不变，升高温度，在第35 min末再次平衡。平衡移动过程中H2浓度变化了1.5 mol·L－1，在图中画出第25 min ～ 40 min NH3浓度变化曲线。
（5）已知常温下，NH4+ 的水解常数为1.0×10－9，则0.1mol/L NH4Cl溶液pH=           。（忽略NH4+水解对NH4+浓度的影响）
（16分）
（1）－286.0 （2分，不写“－”扣1分）
（2）AD    （2分）
（3）① C    （2分）
② 0.12 mol / (L·min)   （3分，数据2分，单位1分）
③ 0.15     （2分）
（4）（3分，起点1分，拐点1分，延长线1分）
（5） 5 （2分）

试题分析：（1）先将已知两个热化学方程式编号为①②，再根据盖斯定律，将(①×2—②)/3可得：2H2(g)+O2(g)= 2H2O(l)  △H=－572.0kJ /mol，最后将系数减半，则焓变随之减半，即H2(g)+O2(g)= 2H2O(l)  △H=－286.0kJ /mol；根据燃烧热概念可得，氢气的燃烧热△H=－286.0kJ /mol；（2）恒温恒压下，气体摩尔体积相同，由于n=V/Vm，则气体体积不再变化，就是气体的物质的量不再变化，说明反应已达平衡，故A正确；气体密度等于气体质量除以气体总体积，根据质量守恒定律可知气体质量始终不变，若气体密度不再变化时，则气体总体积不变，气体的物质的量不变，说明反应已达平衡，故B错；平衡后充入惰性气体，维持恒温恒压，必须增大容器容积，减小各组分浓度，其实质是减小压强，平衡向逆反应方向或气体体积增大方向移动，故C错；平衡后，压缩装置，缩小容器容积，其实质是增大压强，平衡向正反应方向或气体体积减小方向移动，故D正确；（3）①合成氨的原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，读图可知，前25min内A的浓度由6.0mol/L逐渐减小为3.0mol/L，C的浓度由2.0mol/L逐渐减小到1.0mol/L，B的浓度由0逐渐增大到2.0mol/L，则A、C、B的变化浓度分别为3.0mol/L、1.0mol/L、2.0mol/L，因此A、C、B分别表示氢气、氮气和氨气的浓度随反应时间变化的曲线；②由于前25min内氢气的浓度由6.0mol/L逐渐减小为3.0mol/L，其变化浓度为3.0mol/L，则v(H2)=△c(H2)/△t="3.0mol/L÷25min" ="0.12" mol / (L·min)；③根据三行数据法可得：
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
各组分的起始浓度/ mol·L－1       2.0    6.0        0
各组分的变化浓度/ mol·L－1       1.0    3.0       2.0
各组分的平衡浓度/ mol·L－1       1.0    3.0       2.0
K==≈0.15（保留两位有效数字）
（4）由于合成氨的正反应的△H=－93.0kJ /mol，则正反应是放热反应，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，即平衡向逆反应方向移动，则反应物浓度增大，氨气浓度减小，根据三行数据法可得：
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
25min时各组分浓度/ mol·L－1       1.0    3.0       2.0
各组分的变化浓度/ mol·L－1         0.5    1.5      1.0
35min时各组分浓度/ mol·L－1       1.5    4.5       1.0
因此，25min→35min，氨气浓度由2.0mol/L逐渐减小为1.0mol/L；35min→40min，氨气浓度为1.0mol/L，始终保持不变；（5）氯化铵是强酸弱碱盐，其完全电离出的铵根离子部分水解，生成一水合氨和氢离子，存在水解平衡，设溶液中氢离子浓度为xmol/L，由三行数据法可得：
NH4++H2ONH3?H2O+H+
各组分的起始浓度/ mol·L－1            0.1             0      0
各组分的变化浓度/ mol·L－1             x              x      x
各组分的平衡浓度/ mol·L－1           0.1—x            x      x
K===1.0×10－9
由于铵根离子水解程度很小，则0.1—x≈0.1，则==1.0×10－9，则x 2=1.0×10－10，x=1.0×10－5；由于pH=—lgc(H+)=5。
练习册系列答案
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甲烷和氨在国民经济中占有重要地位。
（1）制备合成氨原料气H2，可用甲烷蒸汽转化法，主要转化反应如下：
CH4(g) + H2O(g)  CO(g) + 3H2(g)   ΔH =" +206.2" kJ/mol
CH4(g) + 2H2O(g)  CO2(g) +4H2(g)  ΔH = +165.0kJ/mol
上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是                 。
（2）工业生产尿素的原理是以NH3和CO2为原料合成尿素[CO(NH2)2]，反应的化学方程式为：2NH3 (g)+ CO2 (g) CO(NH2)2 (l) + H2O (l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：
T / ℃
165
175
185
195
K
111.9
74.1
50.6
34.8
 
① 反应热ΔH（填“＞”、“＜”或“＝”）_______0。
② 在一定温度和压强下，若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比（氨碳比），下图是氨碳比（x）与CO2平衡转化率（α）的关系。求图中的B点处，NH3的平衡转化率。

（3）已知甲烷燃料电池的工作原理如下图所示。该电池工作时，a口放出的物质为_________，该电池正极的电极反应式为：____          ，工作一段时间后，当3.2g甲烷完全反应生成CO2时，有         mol 电子发生转移。
科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下   与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知：H2(g)、CO(g)和CH3OH（1）的燃烧热△H分别为-285.8 kJ．、一283.0 kJ和一726.5．kJ 。请回答下列问题：
（1）用太阳能分解10mol H2O(1)消耗的能量是________kJ.
（2）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为：
__________________________________________________________________________.
（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，
考查温度对反应的影响，实验结果如下图所示（注：、均大于300℃）：

下列说法正确的是_______________（填序号）
①温度为时，从反应开始到反应达到平衡，生成甲醇的平均速率为：

②该反应在时的平衡常数比时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系的温度从变到，达到平衡时增大
（4）在温度时，将1mol CO2和3mol H2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO2的转化率为a，则此时容器内的压强与起始压强之比为___________。
（5）在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为___________________;正极的反应式为_____________________________________.理想状态下，该燃料电池消耗lmol甲醇所能产生的最大电能为701.8kJ，则该燃料电池的理论效率为_______________（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比）。
SF6是一种优良的气体绝缘材料，分子结构中只存在S—F键。发生反应的热化学方程式为：S(s)＋3F2(g) = SF6(g)  ΔH=" ―1220" kJ/mol 。已知：1mol S(s) 转化为气态硫原子吸收能量280kJ，断裂1mol F—F 键需吸收的能量为160 kJ ，则断裂1mol S—F 键需吸收的能量为
A．330 kJB．276.67 kJC．130 kJD．76.67 kJ
下列说法正确的是：（    ）
A．在100 ℃．101 kPa条件下，液态水的气化热为40．69 kJ·mol-1，则H2O(g)H2O(l) 的ΔH ="+" 40．69 kJ·mol-1
B．已知MgCO3的Ksp = 6．82 × 10-6，则所有含有固体MgCO3的溶液中，都有c(Mg2+) = c(CO32-)，且c(Mg2+) · c(CO32-)= 6．82 × 10-6
C．常温下，在0．10 mol·L-1的NH3·H2O溶液中加入少量NH4Cl晶体，能使NH3·H2O的电离度降低，溶液的pH减小
D．已知：
共价键
C－C
C=C
C－H
H－H
键能/ kJ·mol-1
348
610
413
436
 
则可以计算出反应的ΔH为－384 kJ·mol-1
工业合成氨的反应为：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)    △H<0。某实验将3.0 mol N2(g)和4. 0 mol H2(g)充入容积为10L的密闭容器中，在温度T1下反应。测得H2的物质的量随反应时间的变化如下图所示。

（1）反应开始3min内，H2的平均反应速率为                         。
（2）计算该条件下合成氨反应的化学平衡常数（写出计算过程，结果保留2位有效数字）。
（3）仅改变温度为T2 ( T2小于TI）再进行实验，请在答题卡框图中画出H2的物质的量随
反应时间变化的预期结果示意图。
（4）在以煤为主要原料的合成氨工业中，原料气氢气常用下述方法获得：

写出上述CO与H2O(g)反应的热化学方程式：                     。
（5）合成氨工业中，原料气(N2、H2混有少量CO、NH3）在进入合成塔之前，用醋酸二氨合铜（I）溶液来吸收CO其反应为：CH3COO[Cu(NH3)2]+CO+NH3CH3COO[Cu(NH3)3]?CO  △H<0。写出提高CO吸收率的其中一项措施：               。
下列说法中，正确的是 （   ）
A．室温下，pH=5.6的NaHSO3溶液中c( SO32-)-c( H2SO3)= 10-5.6-10-8.4
B．同温同压下，反应H2(g)＋Cl2(g)＝2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同
C．吸热反应只有在加热条件下才能发生，故水不加热不电离
D．过量的氨水和盐酸反应所得溶液不可能为酸性，但可能为中性
在密闭容器内充入4 mol S02和3mol 02，在一定条件下建立平衡：
2SO2(g）+02(g) 2SO3(g) △H="-Q" kJ·mol-1(Q＞0)，测得SO2的转化率为90%，
则在此条件下反应放出的热量为（   ）
A．1.8Q kJB．2Q kJC．Q kJD．0.9 QJ
右图是某条件下与反应过程中能量变化的曲线图。根据图像判断下列叙述中正确的是
A．该反应的热化学方程式为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=+92kJ/mol
B．曲线是加入催化剂时的能量变化曲线
C．加入催化剂，该化学反应的反应热数值会减小
D．反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g) ΔH=+92kJ/mol

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