Question

【题目】我们在实验室模拟工业制氨的过程，以探究外界条件对平衡的影响。

查阅资料，获得以下键能数据：

化学键	N≡N	H-H	N-H
键能/(kJ/mol)	946	436	391

（1）计算工业合成氨反应的反应热：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=________kJ/mol

（2）一定温度下，向一个恒压容器中充入N2 0.6mol，H2 0.5mol，在一定温度下进行反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，达到平衡时，N2的转化率为1/6，此时容器的体积为1L。

①该温度时容器中平衡体系的平衡常数是________。

②若保持平衡时的温度和压强不变，继续向平衡体系中通入氖气，则平衡将____(填“正向”，“逆向”或“不”)移动。

（3）在两个压强相等，温度分别为T1和T2的容器中充入由1molN2和3molH2组成的混合气体，发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，平衡后改变容器体积，容器内 N2的体积分数随压强的变化如图所示。据图判断下列说法正确的是____（填标号）。

a．A、B、C三点的平衡常数大小关系：KA<KB<KC

b．A点和B点混合气体的密度大小关系：A<B

c．A点和C点混合气体的平均相对分子质量大小关系：A>C

（4）合成氨工业会产生大量副产物CO2，工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2得溶液X，再利用电解法使K2CO3溶液再生，其装置如图所示：

①在阳极区发生的反应包括____________________和H++ HCO3-=H2O+CO2↑。

②简述CO32-在阴极区再生的原理___________________________。

③再生装置中产生的CO2和H2在一定条件下反应生成甲醇，

工业上利用该反应合成甲醇。已知：25℃，101KPa下：

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH1=—484kJ/mol

2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2 (g)+4H2O(g) ΔH2=—1352kJ/mol

写出CO2和H2生成1molCH3OH(g)的热化学方程式______________________。

Answer 1

【答案】—92 10 逆向 b 4OH--4e-=O2↑ +2H2O 溶液中HCO3-存在电离平衡：HCO3-CO32-+H+，阴极H+放电，c（H+）减少平衡右移CO32-再生（或阴极H+放电，使c（OH-）增大，OH-与HCO3-反应生成CO32-） CO2（g）+3H2（g）= CH3OH（g）+H2O（g） △H=-50kJ/mol

【解析】

根据键能计算反应热；根据三段式计算平衡常数、化学平衡原理判断平衡移动方向；根据电解池原理书写电极反应式；根据盖斯定律计算并书写热化学方程式。

（1）反应热等于反应物中键能总和减去生成物中键能总和：即△H=946kJ/mol+436kJ/mol×3-391kJ/mol×6=-92kJ/mol；

（2）用三段式法对数据进行处理得：

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

起始（mol） 0.6 0.5 0

反应（mol）0.6×1/6=0.1 0.3 0.2

平衡（mol） 0.5 0.2 0.2

①该温度时容器中平衡体系的平衡常数K=；

②若保持平衡时的温度和压强不变，继续向平衡体系中通入氖气，氖气不参加反应，容器体积增大，反应物和生成物浓度减小，相当于减小压强，根据勒夏特列原理平衡向体积增大的方向移动，即平衡将逆向移动；

（3）a．平衡常数只和温度有关，所以T1温度时，B、C两点的平衡常数相等，故a错误；

b．由图所示压强相等时，A点 N2的体积分数大于B点，由于该反应的H<0，说明T2>T1，A点气体总物质的量和温度都比B点高，说明A点时容器内气体的总体积大于B点，气体的总质量保持不变，则A点和B点混合气体的密度大小关系：A<B，故b正确；

c．如图所示，A点 N2的体积分数大于C点，说明A点处容器中气体总物质的量大于C点，气体的总质量保持不变，则混合气体的平均相对分子质量大小关系：C>A，故c错误，故此题选b；

（4）①如图所示，右侧为阳极，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，则阳极区发生的反应为：4OH--4e-=O2↑ +2H2O；

②如图所示，CO32-在阴极区再生的原理为溶液中HCO3-存在电离平衡：HCO3-CO32-+H+，阴极H+放电，c（H+）减少平衡右移CO32-再生（或阴极H+放电，使c（OH-）增大，OH-与HCO3-反应生成CO32-）；

③由题干知：I 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH1=—484kJ/mol，

II 2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2 (g)+4H2O(g) ΔH2=—1352kJ/mol；

根据盖斯定律，反应（I×3-II）/2得：CO2（g）+3H2（g）= CH3OH（g）+H2O（g）△H=(—484kJ/mol×3+1352kJ/mol)/2=-50kJ/mol，故CO2和H2生成1molCH3OH(g)的热化学方程式为： CO2（g）+3H2（g）= CH3OH（g）+H2O（g） △H=-50kJ/mol。