Question

【題目】德國化學家哈伯(F. Haber, 1868-1930)發(fā)明的合成氨技術使大氣中的氮氣變成了生產氮肥的永不枯竭的廉價來源，從而使農業(yè)生產依賴土壤的程度減弱，解決了地球上因糧食不足導致的饑餓和死亡問題。因此這位解救世界糧食危機的化學天才獲得了1918年諾貝爾化學獎�，F在我們在實驗室模擬工業(yè)制氨的過程，以探究外界條件對平衡的影響。

查閱資料，獲得以下鍵能數據：

化學鍵	N≡N	H-H	N-H
鍵能/(kJ/mol)	946	436	391

(1)計算工業(yè)合成氨反應的反應熱：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=________kJ/mol

(2)一定溫度下，向一個恒壓容器中充入N20.6mol，H20.5mol，在一定溫度下進行反應：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，達到平衡時，N2的轉化率為，此時容器的體積為1L。

該溫度時容器中平衡體系的平衡常數是______________。

(3)合成氨工業(yè)會產生大量副產物CO2，工業(yè)上常用高濃度的K2CO3溶液吸收CO2，得溶液X，再利用電解法K2CO3溶液再生，其裝置如圖所示：

①在陽極區(qū)發(fā)生的反應包括____________________和H+＋HCO3- ═H2O＋CO2↑。

②簡述CO32-在陰極區(qū)再生的原理__________。

③再生裝置中產生的CO2和H2在一定條件下反應生成甲醇，工業(yè)上利用該反應合成甲醇。

已知：25 ℃，101 KPa下：

2H2(g)＋ O2(g)═2H2O(g) Δ H1═－484kJ/mol

2CH3OH(g)＋ 3O2(g)═2CO2(g)＋4H2O(g) Δ H2═－1352kJ/mol

寫出CO2和H2生成CH3OH(g)和H2O(g)的熱化學方程式__________。

Answer 1

【答案】-92 10 mol-2/L-2 4OH--4e-=2H2O+O2↑ 氫離子放電生成氫氣，氫離子濃度減小，碳酸氫根電離平衡正向移動，碳酸根增多再生 CO2（g）+3H2（g）=CH3OH+H2O(g) ΔH=-50kJ/mol

【解析】

（1）反應的焓變△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能，則N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的焓變?yōu)?/span>△H=E（N≡N）+3E（H-H）-6E（N-H）=946kJ/mol+3×436kJ/mol-6×391kJ/mol=-92kJ·mol－1；

（2）一定溫度下，向一個恒壓容器中充入N20.6mol，H20.5mol，在一定溫度下進行反應：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，達到平衡時，N2的轉化率為，此時容器的體積為1L，則平衡時體系中各組分的濃度分別為c（N2）= =0.5mol·L－1，c（H2）==0.2mol·L－1，c（NH3）==0.2mol·L－1，則該溫度時容器中平衡體系的平衡常數是K= =10L2·mol－2；

（3）①在陽極區(qū)發(fā)生氧化反應生成氧氣，考慮到溶液為堿性介質，則為OH－放電生成H2O和O2，陽極區(qū)發(fā)生的反應包括4OH--4e-=2H2O+O2↑ 和H+＋HCO3- ═H2O＋CO2↑。

②CO32－在陰極區(qū)再生的原因是：H＋在陰極放電生成H2，使溶液c（H＋）減小，促使HCO3－的電離平衡右移，產生更多的CO32－。

③給反應編號：2H2(g)＋ O2(g)═2H2O(g) Δ H1═－484kJ/mol（①式）

2CH3OH(g)＋3O2(g)═2CO2(g)＋4H2O(g) Δ H2═－1352kJ/mol（②式）

根據蓋斯定律，所求反應可以由（①式×3-②式）÷2得到，CO2（g）+3H2（g）=CH3OH+H2O(g) ΔH===-50kJ·mol－1，則CO2和H2生成CH3OH(g)和H2O(g)的熱化學方程式CO2（g）+3H2（g）=CH3OH+H2O(g) ΔH=-50kJ·mol－1。