Question

Ⅰ、合成氨对农业生产及国防建设均具有重要意义．
（1）在恒温恒容密闭容器中进行的合成氨反应，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），下列能表示达到平衡状态的是______（填序号）．
a．混合气体的压强不再发生变化
b．混合气体的密度不再发生变化
c．反应容器中N₂、NH₃的物质的量的比值不再发生变化
d．单位时间内断开a个H-H键的同时形成3a个N-H键
e．三种物质的浓度比恰好等于化学方程式中各物质的化学计量数之比
Ⅱ、能源问题是人类社会面临的重大课题，日本大地震引起的核泄漏事故引起了人们对核能源的恐慌．而甲醇是未来重要的绿色能源之一．以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇．
（1）将1.0molCH₄和2.0molH₂O（g）通入容积为10L的反应室，在一定条件下发生反应：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），测得在一定的压强下CH₄的转化率与温度的关系如图．
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H₂表示该反应的平均反应速率为______；
②100℃时反应的平衡常数为______．
（2）在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下，将1.0molCO与2.0molH₂的混合气体在催化剂作用下发生反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）生成甲醇，平衡后将容器的容积压缩到原来的，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是______（填字母序号）．
A．c（H₂）减小               
B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．CH₃OH的物质的量增加   
D．重新平衡时c（H₂）/c（CH₃OH）减小
E．平衡常数K增大
（3）已知：反应：4HCl（g）+O₂（g）?2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=-116kJ/mol，H₂（g）+Cl₂（g）═2HCl（g）△H=-184kJ/mol
Ⅱ．
请回答：
①H₂与O₂反应生成气态水的热化学方程式是______．
②断开1mol H-O 键所需能量约为______kJ．

Answer 1

【答案】分析：I、（1）当化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、含量不再发生变化，由此衍生的一些物理性不变，以此解答该题；
II、（1）①100°时甲烷的转化率为40%，变化的甲烷为0.4mol，生成的氢气依据反应①CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ/mol；可知氢气物质的量为1.2mol，依据反应速率概念计算；
 ②依据化学平衡三段式计算平衡浓度、根据平衡常数的概念计算得到；
（2）在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下，将1.0molCO与2.0molH₂的混合气体在催化剂作用下发生反应Ⅱ生成甲醇，CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-129.0kJ/mol；平衡后将容器的容积压缩到原来的，其他条件不变，体积减小压强增大，反应速率增大，平衡正向进行；（3）①依据热化学方程式的方法和注意问题书写；标注物质聚集状态和焓变；
②依据氢气和氧气反应生成水的焓变和化学键的键能计算，△H=拆化学键吸收的能量-形成化学键放出的能量．
解答：解：I、（1）a．该反应随反应进行，气体的总的物质的量进行，压强降低，故混合气体的压强不再发生变化，说明到达平衡，故a正确；
b．混合气体的总质量不变，容器的体积不变，混合气体的密度始终不变，故b错误；
c．可逆反应到达平衡时，反应混合物各组分的浓度不发生变化，反应容器中N₂的物质的量浓度不再发生变化，说明到达平衡，故c正确；
d．单位时间内断开a个H-H键的同时形成3a个N-H键，都表示正反应速率，不能说明到达平衡，故d错误；
e．反应混合物平衡时的浓度之比与起始浓度及转化率有关，平衡时可能等于化学计量数之比，也可能不等于，故e错误；
故答案为：a c；
II、（1）①）①100°时甲烷的转化率为40%，变化的甲烷为0.4mol，生成的氢气依据反应①CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ/mol；可知氢气物质的量为1.2mol，用H₂表示该反应的平均反应速率==0.0024mol/L?min；故答案为：0.0024mol/L?min；
②依据化学平衡三段式计算平衡浓度、根据平衡常数的概念计算得到
              CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L）0.01    0.02     0       0
变化量（mol/L） 0.004 0.004   0.004    0.012
平衡量（mol/L）0.006  0.016   0.004    0.012
K===7.2×10^-5（mol/L）²
故答案为：7.2×10^-5（mol/L）²；
（2）在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下，将1.0molCO与2.0molH₂的混合气体在催化剂作用下发生反应Ⅱ生成甲醇，CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-129.0kJ/mol；平衡后将容器的容积压缩到原来的，其他条件不变，体积减小压强增大，反应速率增大，平衡正向进行．
A、体积减小，c（H₂）增大，故A错误；
B、压强增大，正逆反应速率都加快，故B错误；
C、体积减小，压强增大，平衡正向进行，CH₃OH的物质的量增加，故C正确；
D、体积减小，压强增大，平衡正向进行，重新平衡时减小，故D正确；
E、平衡常数K只随温度的而变化，故E错误；
故选CD；
（3）①H₂（g）+Cl₂（g）═2HCl（g）△H=-184kJ/mol，
依据盖斯定律：①+②×2得到热化学方程式为：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484 kJ/mol，
故答案为：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484 kJ/mol；
②依据反应的热化学方程式：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484 kJ/mol，
△H=断裂化学键吸收的能量-形成化学键放出的能量=2×436KJ+498KJ-4×H-O=-483.6 kJ，
则得到H-O的键能=463.5kJ，故答案为：463.5．
点评：本题考查了热化学方程式的书写方法和注意问题，盖斯定律的应用，键能计算焓变的方法，电子式的书写方法，难度较大．