Question

15．（1）合成氨工業(yè)的核心反應是N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=Q kJ•mol^-1．反應過程中能量變化如圖1所示，回答下列問題．

①在反應體系中加入催化劑，反應速率增大，E₁的變化：E₁減小，（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②在500℃、2×10⁷ Pa和催化劑條件下向一密閉容器中充入0.5mol N₂和1.5mol H₂，充分反應后，放出的熱量＜（填“＜”、“＞”或“=”）46.2kJ．
③關(guān)于該反應的下列說法中，正確的是C（填字母）．
A．△H＞0，△S＞0  B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0D．△H＜0，△S＞0
（2）如圖2是二甲醚（CH₃OCH₃）燃料電池的工作原理示意圖．請回答下列問題：
①B電極上的電極反應式是CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-═2CO₂+12H⁺；
②若燃料電池中通入二甲醚（沸點為-24.9℃）的速率為2.24L•min^-1（標準狀況），以該燃料電池作為電源，電解2mol•L^-1 CuCl₂溶液500mL（兩電極均為惰性電極），則通電30s后理論上陽極可析出15.98g 氯氣（假設整個過程中，能量利用率為75%）．（保留小數(shù)點后兩位數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）①加入催化劑，降低反應的活化能；
②根據(jù)可逆反應不能反應到底的特點分析；
③依據(jù)反應特征分析，反應放熱反應焓變小于0，熵變小于0；
（2）①依據(jù)圖示分析通入氧氣的一端為正極，通入二甲醚的一端為負極，電解質(zhì)溶液為酸性環(huán)境，二甲醚失電子生成二氧化碳，根據(jù)電子守恒寫出電極反應；
②依據(jù)二甲醚通入的量計算物質(zhì)的量，結(jié)合電子守恒計算陽極可析出氯氣．

解答 解：（1）①加入催化劑，降低反應的活化能，則E₁和E₂都減小，但活化能之差不變，則反應熱不變，故答案為：減��；
②當0.5mol N₂和1.5mol H₂完全反應時，才能放出46.2kJ的熱量，但反應為可能反應，不能完全進行，則密閉容器中充入0.5mol N₂和1.5mol H₂，充分反應后，放出的熱量小于46.2kJ，故答案為：＜；
③N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=Q kJ•mol^-1，反應是氣體體積減小的放熱反應，反應的焓變△H＜0，△S＜0，故答案為：C；
（2）①反應本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負極發(fā)生氧化反應，二甲醚在負極放電，正極反應還原反應，氧氣在正極放電．由圖可知，a極為負極，b為正極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子，a電極的電極反應式為 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺；該燃料電池的最大障礙是氧化反應不完全而產(chǎn)生碳堵塞通入電極的氣體通道；
故答案為：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-═2CO₂+12H⁺；
②若以2.24L•min^-1（標準狀況），以該燃料電池作為電源，電解2mol•L^-1 CuCl₂溶液500mL（兩電極均為惰性電極），則通電30s后，通入二甲醚物質(zhì)的量=$\frac{2.24L/mol×0.50min}{22.4L/mol}$=0.05mol；
依據(jù)電極反應電子守恒，CH₃OCH₃--12e^---6Cl₂，整個過程中，能量利用率為75%，
n（Cl₂）=0.05mol×75%×6=0.225mol
m（Cl₂）=0.225mol×71g/mol=15.98g
故答案為：15.98．

點評 本題考查了催化劑對活化能的影響、可逆反應的焓變以及圖象分析應用，原電池電極反應的書寫方法，電子守恒的計算應用，題目難度中等．