Question

【題目】德國化學(xué)家哈伯(F. Haber, 1868-1930)發(fā)明的合成氨技術(shù)使大氣中的氮氣變成了生產(chǎn)氮肥的永不枯竭的廉價來源，從而使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依賴土壤的程度減弱，解決了地球上因糧食不足導(dǎo)致的饑餓和死亡問題。因此這位解救世界糧食危機的化學(xué)天才獲得了1918年諾貝爾化學(xué)獎�，F(xiàn)在我們在實驗室模擬工業(yè)制氨的過程，以探究外界條件對平衡的影響。

查閱資料，獲得以下鍵能數(shù)據(jù)：

化學(xué)鍵	N≡N	H-H	N-H
鍵能/(kJ/mol)	946	436	391

(1)計算工業(yè)合成氨反應(yīng)的反應(yīng)熱：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=________kJ/mol

(2)一定溫度下，向一個恒壓容器中充入N20.6mol，H20.5mol，在一定溫度下進(jìn)行反應(yīng)：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，達(dá)到平衡時，N2的轉(zhuǎn)化率為，此時容器的體積為1L。

該溫度時容器中平衡體系的平衡常數(shù)是______________。

(3)合成氨工業(yè)會產(chǎn)生大量副產(chǎn)物CO2，工業(yè)上常用高濃度的K2CO3溶液吸收CO2，得溶液X，再利用電解法K2CO3溶液再生，其裝置如圖所示：

①在陽極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)包括____________________和H+＋HCO3- ═H2O＋CO2↑。

②簡述CO32-在陰極區(qū)再生的原理__________。

③再生裝置中產(chǎn)生的CO2和H2在一定條件下反應(yīng)生成甲醇，工業(yè)上利用該反應(yīng)合成甲醇。

已知：25 ℃，101 KPa下：

2H2(g)＋ O2(g)═2H2O(g) Δ H1═－484kJ/mol

2CH3OH(g)＋ 3O2(g)═2CO2(g)＋4H2O(g) Δ H2═－1352kJ/mol

寫出CO2和H2生成CH3OH(g)和H2O(g)的熱化學(xué)方程式__________。

Answer 1

【答案】-92 10 mol-2/L-2 4OH--4e-=2H2O+O2↑ 氫離子放電生成氫氣，氫離子濃度減小，碳酸氫根電離平衡正向移動，碳酸根增多再生 CO2（g）+3H2（g）=CH3OH+H2O(g) ΔH=-50kJ/mol

【解析】

（1）反應(yīng)的焓變△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，則N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的焓變?yōu)?/span>△H=E（N≡N）+3E（H-H）-6E（N-H）=946kJ/mol+3×436kJ/mol-6×391kJ/mol=-92kJ·mol－1；

（2）一定溫度下，向一個恒壓容器中充入N20.6mol，H20.5mol，在一定溫度下進(jìn)行反應(yīng)：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，達(dá)到平衡時，N2的轉(zhuǎn)化率為，此時容器的體積為1L，則平衡時體系中各組分的濃度分別為c（N2）= =0.5mol·L－1，c（H2）==0.2mol·L－1，c（NH3）==0.2mol·L－1，則該溫度時容器中平衡體系的平衡常數(shù)是K= =10L2·mol－2；

（3）①在陽極區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，考慮到溶液為堿性介質(zhì)，則為OH－放電生成H2O和O2，陽極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)包括4OH--4e-=2H2O+O2↑ 和H+＋HCO3- ═H2O＋CO2↑。

②CO32－在陰極區(qū)再生的原因是：H＋在陰極放電生成H2，使溶液c（H＋）減小，促使HCO3－的電離平衡右移，產(chǎn)生更多的CO32－。

③給反應(yīng)編號：2H2(g)＋ O2(g)═2H2O(g) Δ H1═－484kJ/mol（①式）

2CH3OH(g)＋3O2(g)═2CO2(g)＋4H2O(g) Δ H2═－1352kJ/mol（②式）

根據(jù)蓋斯定律，所求反應(yīng)可以由（①式×3-②式）÷2得到，CO2（g）+3H2（g）=CH3OH+H2O(g) ΔH===-50kJ·mol－1，則CO2和H2生成CH3OH(g)和H2O(g)的熱化學(xué)方程式CO2（g）+3H2（g）=CH3OH+H2O(g) ΔH=-50kJ·mol－1。