Question

如图1是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：
（1）该产业链中合成氨的反应在较低温下能否自发进行？    ．
（2）已知该产业链中某反应的平衡表达式为：，它所对应的化学反应为：    ．
（3）已知在一定温度下，各反应的平衡常数如下：
C（s）+CO₂（g）?2CO（g），K₁
CO（g）+H₂O（g?H₂（g）+CO₂（g），K₂
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），K₃
则K₁、K₂、K₃之间的关系是：    ．
（4）煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题．已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，会发生如下反应：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），该反应平衡常数随温度的变化如下：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

该反应的正反应方向是    反应（填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，CO的平衡转化率为：    ．
（5）从图中看出氨催化氧化可以制硝酸，此过程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．已知NO₂和N₂O₄的结构式分别是和．已知N-N键键能为167kJ?mol^-1，NO₂中氮氧键的键能为466kJ?mol^-1，N₂O₄中氮氧键的键能为438.5kJ?mol^-1．请写出NO₂转化为N₂O₄的热化学方程式为    ．对反应N₂O₄（g）?2NO₂（g），在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图2所示．下列说法正确的是    ．
A．A、C两点的反应速率：A＞C
B．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
C．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
D．由状态B到状态A，可以用加热的方法
（6）以上述产业链中甲醇为燃料制成燃料电池，请写出在氢氧化钾介质中该电池的负极反应式    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）生产氨气的反应放出大量的热，△H＜0，△S＜O，△G=△H-T△S＜0能自发进行；
（2）根据平衡常数的定义判断反应的方程式，注意固体和纯液体不在表达式中；
（3）根据平衡常数的表达式推断；
（4）根据温度变化平衡常数的变化判断温度对化学平衡移动的影响，进而判断反应热，利用三段式法计算转化率；
（5）根据反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能计算反应热，从平衡移动的角度分析各物理量的变化；
（6）甲醇具有还原性，在负极上发生氧化反应生成碳酸根离子，以此书写电极反应式．
解答：解：（1）生产氨气的反应：N₂+3H₂?2NH₃放出大量的热，△H＜0，△S＜O，所以在低温下易进行△G=△H-T△S＜0能自发进行，故答案为：可以；
（2）平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，平衡常数中，分子为生成物，分母为反应物，所以该反应的方程式为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
故答案为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（3）根据化学方程式可知：K₁=，K₂=，K₃=，
所以K₃=×==K₁×K₂，
故答案为：K₃=K₁×K₂；
（4）由表中数据可知，随着温度的升高，平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，说明正反应为让热反应，设平衡时转化的CO为xmol/L，
利用三段式法计算：
                 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：0.020     0.020     0         0
转化（mol/L）：x        x          x         x 
平衡（mol/L）：0.02-x    0.02-x    x         x
则有K==9
解之得：x=0.015，
所以转化率为×100%=75%，
故答案为：放热，75%；
（5）反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能，则反应热为：△H=-2×2×466KJ/mol-（167KJ/mol+4×438.5KJ/mol）=-57KJ/mol，反应的热化学方程式为：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57 kJ?mol^-1；
对于反应N₂O₄（g）?2NO₂（g），在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图2所示．则
A．A点压强小于C点的压强，压强越大，反应速率越大，则反应速率：A＜C，故A错误；
B．增大压强，平衡向正反应移动，但浓度的增大幅度大于转化的程度，所以C点浓度大，颜色深，故B错误；
C．B、C两点二氧化氮的体积分数相同，则混合气体的平均相对分子质量相同，故C错误；
D．在相同压强下，升高温度，平衡向逆反应方向移动，则二氧化氮的体积分数增大，所以由状态B到状态A，可以用加热的方法，故D正确，
故答案为：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57 kJ?mol^-1； D；
（6）甲醇具有还原性，在负极上发生氧化反应生成碳酸根离子，反应的电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；
点评：本题考查较为综合，涉及知识点较多，难度较大，易错点为（1），根据△G=△H-T△S＜0能自发进行．