Question

【題目】I．據(jù)報(bào)道，我國(guó)在南海北部神狐海域進(jìn)行的可燃冰(甲烷的水合物)試采獲得成功。甲烷是一種重要的化工原料。

(1)甲烷重整是提高甲烷利用率的重要方式，除部分氧化外還有以下兩種：

水蒸氣重整：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1=+205.9 kJ/mol ①

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2=-41.2 kJ/mol ②

二氧化碳重整：CH4(g)+CO2(g)CO(g)+2H2(g) △H3 ③

則反應(yīng)①自發(fā)進(jìn)行的條件是______________ ΔH3=________ kJ/mol。

Ⅱ．氮的化合物以及氮的固定一直是科學(xué)家研究的重要課題，合成氨則是人工固氮比較成熟的技術(shù)，其原理為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。

(2)在不同溫度、壓強(qiáng)和相同催化劑條件下，初始N2、H2分別為0.1 mol、0.3 mol時(shí)，平衡后混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)(φ)如圖所示。

①其中，p1、p2和p3由大到小的順序是____________，該反應(yīng)ΔH_______0(填“>”“<”或“=”)。

②若分別用 vA(N2)和 vB(N2)表示從反應(yīng)開(kāi)始至達(dá)平衡狀態(tài) A、B 時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率，則vA(N2)________vB(N2)(填“>”“<”或“=”)。

③若在250℃、p1為10 5Pa條件下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器的體積為1 L，則該條件下B點(diǎn)N2的分壓p(N2)為_______Pa (分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，保留一位小數(shù))。

(3)以NO2、O2、熔融NaNO3組成的燃料電池裝置如下圖所示，石墨Ⅱ的電極名稱(chēng)為 _______。在使用過(guò)程中石墨Ⅰ電極反應(yīng)生成一種氧化物Y，石墨Ⅰ電極反應(yīng)可表示為______________________。

Answer 1

【答案】高溫 +247.1 p1>p2>p3 < < 8.3×103 正極 NO2-e-+NO3-=N2O5

【解析】

Ⅰ．(1)根據(jù)反應(yīng)①的△H和△S分析自發(fā)性的條件，根據(jù)已知焓變的熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律計(jì)算所求反應(yīng)的焓變；

Ⅱ．(2)①發(fā)生反應(yīng)為N2+3H22NH3，隨著反應(yīng)進(jìn)行，氣體分子數(shù)減少，體系壓強(qiáng)減少，根據(jù)圖象分析；

②溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率增大；

③根據(jù)方程式計(jì)算B點(diǎn)N2的分壓p(N2)，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；

(3)在燃料電池中，通入燃料的電極為負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，通入氧氣的電極為正極，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，結(jié)合電解質(zhì)及產(chǎn)生的物質(zhì)書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式。

I．(1)反應(yīng)①方程式CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1=+205.9 kJ/mol，可知該反應(yīng)的正反應(yīng)△H>0，△S>0，滿足△H-T△S<0，因此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是高溫；

①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1=+205.9 kJ/mol，

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2=-41.2 kJ/mol，

根據(jù)蓋斯定律計(jì)算，①-②得到反應(yīng)③的熱化學(xué)方程式為：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)△H3=△H1-△H2=+247.1 kJ/mol；

II．(2)①由N2+3H22NH3可知，在溫度不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，NH3的含量增大。由圖象可知在相同溫度下，平衡后混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)(φ)為p1>p2>p3，因此壓強(qiáng)關(guān)系是p1>p2>p3；

在壓強(qiáng)相同時(shí)，升高溫度，NH3的含量降低，說(shuō)明升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)分析移動(dòng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故反應(yīng)熱小于零，該反應(yīng)ΔH<0；

②溫度越高，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越大，由于p1>p2，由圖可知，B對(duì)應(yīng)的溫度高、壓強(qiáng)大，所以反應(yīng)速率B>A，即vA(N2)<vB(N2)；

③設(shè)轉(zhuǎn)化的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為x，發(fā)生的反應(yīng)為：N2+3H22NH3，由于反應(yīng)開(kāi)始時(shí)n(N2)=0.1 mol，n(H2)=0.3 mol，根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知：平衡時(shí)各種氣體的物質(zhì)的量分別為n(N2)=(0.1-x) mol，n(H2)=(0.3-3x) mol，n(NH3)=2x mol，在相同外界條件下氣體的體積比等于氣體的物質(zhì)的量的比，所以=0.667，解得x=0.08，若在250℃、p1為105Pa條件下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器的體積為1 L，則該條件下B點(diǎn)N2的分壓p(N2)= Pa=8.3×103Pa；

(3)根據(jù)圖示可知：在石墨電極II一側(cè)通入O2，為原電池的正極；在石墨電極I一側(cè)通入燃料，為原電池的負(fù)極，NO2失去電子變?yōu)?/span>NO3-，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：NO2-e-+NO3-=N2O5。