Question

【題目】I．NO是第一個被發(fā)現(xiàn)的生命體系氣體信號分子，具有舒張血管的功能。工業(yè)上可用“氨催化氧化法”生產(chǎn)NO，主要副產(chǎn)物為N2。請回答下列問題：

(1)以氨氣、氧氣為原料，在催化劑存在下生成NO和副產(chǎn)物N2的熱化學方程式如下：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H1①，4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H2②，N2(g)+O2(g)2NO(g) △H3③，則上述反應熱效應之間的關系式為△H3 =___________________。

(2)某化學研究性學習小組模擬工業(yè)合成NO的反應。在1110K時，向一恒容密閉容器內充入1mol NH3和2.8mol O2，加入合適催化劑（催化劑的體積大小可忽略不計），保持溫度不變，只發(fā)生反應4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H<0。

①下列各項能說明反應已達到化學平衡狀態(tài)的是_______。（填字母序號）

a．5c(NH3)=4c(O2)

b．N-H鍵的生成速率與O-H鍵的生成速率相等

c．混合氣體的壓強不變

d．混合氣體的密度不變

②若其他條件不變，將容器改為恒容的絕熱容器，在達到平衡后的體系溫度下的化學平衡常數(shù)為K1，則K1_____K（填“>”、“<”或“=”）。

II．(3)某化學研究性學習小組模擬用CO和H２合成甲醇，其反應為：CO(g)+2H２(g) CH3OH(g)△H<O。在容積固定為1L的密閉容器內充入2mol CO和4 mol H2，加入合適的催化劑（體積可以忽略不計）、保持250℃不變發(fā)生上述反應，用壓力計監(jiān)測容器內壓強的變化如下：

反應時間/min	0	5	10	15	20	25
壓強/MPa	12.4	10.2	8.4	7.0	6.2	6.2

則反應從開始到20min時，以CO濃度變化表示的平均反應速率v(CO)＝_______，該溫度下平衡常數(shù)K=_______。

III．(4)以甲烷為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，目前得到廣泛的研究，下圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖�；卮鹣铝袉栴}：

①B極上的電極反應式為_____________。

②若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解硫酸銅溶液，當陽極收集到5.6 L(標準狀況)氣體時，消耗甲烷的體積為________L(標準狀況下)。

Answer 1

【答案】 △H3=(△H1—△H2 )/2 b c < 0. 075 mol/(L﹒min) 3（mol/L)-2 (單位不作要求） CH4－8e－＋4O2－=CO2＋2H2O 2.8

【解析】

（1）由蓋斯定律計算可得△H3；

（2）①根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征分析，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、質量、體積分數(shù)以及百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，注意選擇的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變，說明到達平衡；

②該反應為放熱反應，反應過程中反應溫度升高，平衡向逆反應方向移動，化學平衡常數(shù)減��；

（3）依據(jù)表給數(shù)據(jù)建立三段式，通過化學反應速率公式和化學平衡常數(shù)公式計算化學反應速率和化學平衡常數(shù)；

（4）①由陰離子移動方向可知B為負極，負極發(fā)生氧化反應，甲烷被氧化生成二氧化碳和水；

②依據(jù)得失電子數(shù)目守恒計算消耗甲烷的體積。

（1）由蓋斯定律可知，（①—②）/2得N2(g)+O2(g)2NO(g)，則△H3=(△H1—△H2 )/2，故答案為：△H3=(△H1—△H2 )/2；

（2）①a、5c(NH3)=4c(O2)與反應的初始物質的量以及反應的轉化程度有關，不能確定是否達到平衡，錯誤；

b、N-H鍵的生成速率與O-H鍵的生成速率相等說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，正確；

c、該反應是一個反應前后氣體體積改變的化學反應，當反應達到平衡狀態(tài)時，各物質的量不變，導致容器中壓強不隨時間的變化而改變，混合氣體的壓強不變能夠說明反應達到平衡狀態(tài)，正確；

d、容器是恒容的，無論反應是否達到平衡狀態(tài)，混合物的質量始終不變，容器的體積不變，導致密度始終不變，混合氣體的密度不變不能說明費用達到平衡，錯誤；

故選bc，故答案為：bc；

②該反應為放熱反應，若其他條件不變，將容器改為恒容的絕熱容器，反應過程中反應溫度升高，平衡向逆反應方向移動，化學平衡常數(shù)減小，故答案為：<；

（3）由表中數(shù)據(jù)可知，20min時處于平衡狀態(tài)，設CO的轉化率為x，依據(jù)題意建立如下三段式：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始量（mol）：2 4 0

變化量（mol）：x 2x x

平衡量（mol）：2-x 4-2x x

壓強之比等于物質的量之比，則平衡時混合氣體總物質的量為（2mol+4mol）×6.2MPa/12.4MPa=（6-2x）mol，解得x=1.5 mol，則反應消耗c（CO）=1.5mol/1L=1.5 mol/L，

以CO濃度變化表示的平均反應速率v(CO)＝1.5 mol/L/20min=0.075mol/（L．min）；化學平衡常數(shù)K=c(CH3OH)/c(CO)c2(H2)= 1.5 mol/L/0.5 mol/L×(1 mol/L)2=3（mol/L)-2，故答案為：0.075mol/（L．min）；3（mol/L)-2；

（4）①由陰離子移動方向可知B為負極，負極發(fā)生氧化反應，甲烷被氧化生成二氧化碳和水，電極方程式為CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O，故答案為：CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O；

②若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解硫酸銅溶液，當陽極收集到5.6L(標準狀況)氧氣時，反應轉移1mol 電子，由得失電子數(shù)目守恒可知消耗甲烷的物質的量為0.125mol，則甲烷的體積為0.125mol×22.4mol/L=2.8L，故答案為：2.8。