Question

（2012?濟南二模）氫氣是一種清潔能源，又是合成氨工業(yè)的重要原料．
（1）已知：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ/mol
CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ/mol
甲烷和H₂O（g）反應(yīng)生成H₂和CO₂的熱化學(xué)方程式為

CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ/mol

．
（2）工業(yè)合成氨的原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．
某溫度下，把10mol N₂與28mol H₂置于容積為10L的密閉容器內(nèi)，10min時反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，測得氮氣的平衡轉(zhuǎn)化率為60%，則10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

0.18

mol/（L?min），該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

3.6（mol/L） ^-2

．
欲增大氮氣的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有

增加氫氣的濃度或分離出氨氣或降溫

（寫一種措施即可）．
（3）圖所示裝置工作時均與H₂有關(guān)．

①圖1所示裝置中陽極的電極反應(yīng)式為

MnO₄^2--e^-=MnO₄^-

．
②圖2所示裝置中，通入H₂的管口是

d

（選填字母代號）．
③某同學(xué)按圖3所示裝置進行實驗，實驗結(jié)束后，將玻璃管內(nèi)固體物質(zhì)冷卻后，溶于稀硫酸，充分反應(yīng)后，滴加KSCN溶液，溶液不變紅，再滴入新制氯水，溶液變?yōu)榧t色．該同學(xué)據(jù)此得出結(jié)論：鐵與水蒸氣反應(yīng)生成FeO和H₂．該結(jié)論

不嚴密

（填“嚴密”或“不嚴密”），你的理由是

2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺

（用離子方程式表示）．

Answer 1

分析：（1）CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ/mol①
CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ/mol②
將方程式①×2-②即可得甲烷和H₂O（g）反應(yīng)生成H₂和CO₂的熱化學(xué)方程式，注意反應(yīng)熱 進行相應(yīng)的改變．
（2）先根據(jù)氮氣的轉(zhuǎn)化率計算氮氣的平均反應(yīng)速率，再根據(jù)同一化學(xué)反應(yīng)中同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比計算氫氣的反應(yīng)速率；先計算平衡時各物質(zhì)的平衡濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)公式計算其平衡常數(shù)．
（3）①陽極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．
②根據(jù)氫氧根離子的移動方向及氫氣的反應(yīng)判斷氫氣所在的電極．
③根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象知，溶液中沒有鐵離子，原因是部分鐵未被氧化，導(dǎo)致剩余的鐵和鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子．

解答：解：（1）CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ/mol①
CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ/mol②
將方程式①×2-②得CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ/mol．
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ/mol．
（2）轉(zhuǎn)化的氮氣的物質(zhì)的量=10mol×60%=6mol，則10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=

6mol 10L

10min

=0.06mol/L．min，同一化學(xué)反應(yīng)中同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比，所以v（H₂）=0.18mol/L．min；
反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，C（N₂）=

10(1-60%)mol

10L

=0.4mol/L，C（H₂）=

28mol-3×10(1-60%)mol

10L

1mol/L，
C（NH₃）=

2×10×60%mol

10L

=1.2mol/L，z則K=

(1.2mol/L)2

0.4mol/L×(1mol/L)3

=3.6（mol/L） ^-2．
該反應(yīng)是一個反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng)，增加反應(yīng)物或減小生成物的濃度或降低溫度都能使反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，所以增加氫氣的濃度或分離出氨氣或降溫都能使該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動．
故答案為：0.18；3.6；增加氫氣的濃度或分離出氨氣或降溫．
（3）①陽極上錳酸根離子失電子生成高錳酸根離子，電極反應(yīng)式為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
故答案為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
②氫氧燃料堿性電池中，氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，圖片中氫氧根離子向d電極移動，說明d電極上是氫氣．
故答案為：d．
③鐵和水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象知，該反應(yīng)中部分鐵未參加反應(yīng)導(dǎo)致剩余的鐵和鐵離子反應(yīng)生成二價鐵離子，離子方程式為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，所以說不嚴密．
故答案為：不嚴密； 2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．

點評：本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡的有關(guān)計算、原電池和電解池原理等知識，難度 不大，易錯點是氫氧燃料電池中電極的判斷，明確溶液中離子的移動方向是解此題的關(guān)鍵．