Question

14．化學(xué)平衡原理是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）①己知：CH₄、H₂的燃燒熱（△H）分別為-890.3kJ/mol、-285.8kJ/mol，則CO₂和H₂反應(yīng)生成CH₄的熱化學(xué)方程式是CO₂ （g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9 kJ/mol．
②有人設(shè)想以N₂和H₂為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如圖1所示．電池正極的電極反應(yīng)式是N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺，A 是氯化銨．
（2）甲醇是一種可再生能源，具有開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上可用合成氣制備甲醇．反應(yīng)為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．某溫度下，在容積為2L的密閉容器中進(jìn)行該反應(yīng)，其相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2：
①?gòu)姆磻?yīng)開(kāi)始至平衡時(shí)，用CO表示化學(xué)反應(yīng)速率為0.03mol/（L．min），該溫度下的平衡常數(shù)為9.375．
②5min至10min時(shí)速率變化的原因可能是使用了催化劑或增大壓強(qiáng)；
③15min 時(shí)對(duì)反應(yīng)體系采取了一個(gè)措施，至20min時(shí)CO的物質(zhì)的量為0.5mol，請(qǐng)?jiān)趫D2中畫(huà)出CO的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）①CH₄（g）、H₂（g）的燃燒熱分別為-890.3kJ•mol^-1、-285.8kJ•mol^-1，則：
Ⅰ．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3 kJ•mol^-1；
Ⅱ．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8 kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律，Ⅱ×4-Ⅰ可得：CO₂ （g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）；
②電池中氫氣失電子，在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng)，氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為氯化銨；
（2）①10min時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡，平衡時(shí)CO為0.4mol、甲醇為0.6mol、氫氣為0.8mol，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO），根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
②5min時(shí)刻瞬間各組分的物質(zhì)的量未變，而后反應(yīng)速率加快，可能是使用了催化劑或增大壓強(qiáng)；
③15min時(shí)改變條件后，甲醇的物質(zhì)的量增大、氫氣物質(zhì)的量減小，改變條件平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO的物質(zhì)的量減小，至20min時(shí)氫氣物質(zhì)的量減小0.2mol，CO應(yīng)減小0.1mol，而20min時(shí)CO的物質(zhì)的量為0.5mol，CO物質(zhì)的量增大0.1mol，則3min時(shí)應(yīng)是加入CO，設(shè)加入的CO為xmol，則：x+0.4-0.1=0.5，故x=0.2mol．

解答 解：（1）①CH₄（g）、H₂（g）的燃燒熱分別為-890.3kJ•mol^-1、-285.8kJ•mol^-1，則：
Ⅰ．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3 kJ•mol^-1；
Ⅱ．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8 kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律，Ⅱ×4-Ⅰ可得：CO₂ （g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9 kJ/mol，
故答案為：CO₂ （g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9 kJ/mol；
②該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨反應(yīng)，電池中氫氣失電子，在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)式為N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺，氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為氯化銨溶液，
故答案為：N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺；氯化銨；
（2）①10min時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡，平衡時(shí)CO為0.4mol、甲醇為0.6mol、氫氣為0.8mol，
則v（CO）=$\frac{\frac{1mol-0.4mol}{2L}}{10min}$=0.03mol/（L．min），平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×（\frac{0.8}{2}）^{2}}$=9.375，
故答案為：0.03mol/（L．min）；9.375；
②5min時(shí)刻瞬間各組分的物質(zhì)的量未變，而后反應(yīng)速率加快，可能是使用了催化劑或增大壓強(qiáng)，
故答案為：使用了催化劑或增大壓強(qiáng)；
③15min時(shí)改變條件后，甲醇的物質(zhì)的量增大、氫氣物質(zhì)的量減小，改變條件平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO的物質(zhì)的量減小，至20min時(shí)氫氣物質(zhì)的量減小0.2mol，CO應(yīng)減小0.1mol，而20min時(shí)CO的物質(zhì)的量為0.5mol，CO物質(zhì)的量增大0.1mol，則3min時(shí)應(yīng)是加入CO，設(shè)加入的CO為xmol，則：x+0.4-0.1=0.5，故x=0.2mol，故CO的變化曲線為：
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)、原電池等，（2）中作圖為易錯(cuò)點(diǎn)，學(xué)生容易考慮CO變化趨勢(shì)，而忽略定量問(wèn)題，難度中等．