Question

6．將水蒸氣通過紅熱的碳可產(chǎn)生水煤氣，以此產(chǎn)物為原料可生產(chǎn)多種產(chǎn)品．
（1）已知：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol，達到平衡后，體積不變時，能提高H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率的措施是AD．
A．升高溫度B．增加碳的用量C．加入催化劑D．用儲氫金屬吸收H₂

（2）某些合金可用于儲存氫，金屬儲氫的原理可表示為：M（s）+xH₂（g）?MH₂（s）△H＜0（M表示某種合金）．如圖1表示溫度分別為T₁、T₂時，最大吸氫量與氫氣壓強的關(guān)系，則T₁＜T₂（填“＜”、“＞”或“=”）．
（3）某溫度下，在2L體積不變的密閉容器中將1molCO和2molH₂混合發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），測得不同時刻的反應(yīng)前后壓強關(guān)系如表：

時間（min）	5	10	15	20	25	30
壓強比（$\frac{{P}_{后}}{{P}_{前}}$）	0.98	0.90	0.78	0.66	0.66	0.66

反應(yīng)在前10min的平均速率v（H₂）=0.015mol•L^-1•min^-1．達到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為51%．
（4）CO可以還原某些金屬氧化物生成金屬單質(zhì)和CO₂，如圖2是四種金屬氧化物被CO還原時1g[$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$）]與溫度（T）的關(guān)系曲線圖．
①其中最易被還原的金屬氧化物是Cu₂O（填化學(xué)式）．
②700℃時CO還原Cr₂O₃反應(yīng)中的平衡常數(shù)k=10^-12．
（5）水煤氣處理后，獲得的較純H₂用于合成氨：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），△H=-92.4kJ•mol^-1．如圖3為不同實驗條件下進行合成氨反應(yīng)實驗，N₂濃度隨時間變化示意圖．
①與實驗Ⅰ比較，實驗Ⅱ改變的條件為使用催化劑．
②實驗Ⅲ比實驗Ⅰ的溫度要高，其它條件相同，請在圖4中畫出實驗Ⅰ和實驗Ⅲ中NH₃濃度隨時間變化的示意圖．
（6）飲用水中的NO₃^-主要來自于NH₄⁺，已知在微生物作用下，NH₄⁺經(jīng)過兩步反應(yīng)被氧化成NO₃^-，兩步反應(yīng)的能量變化示意圖如圖5．請寫出1molNH₄⁺（aq）的熱化學(xué)方程式NH₄⁺（aq）+2O₂（g）═2H⁺（aq）+H₂O（l）+NO₃^-（aq），△H=-346 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）達到平衡后，體積不變時，能提高H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動；
（2）在壓強相同的條件下，T₁對應(yīng)的吸氫量大，也就是T₂→T₁，平衡正向移動，而正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
（3）溫度、體積不變的可逆反應(yīng)中，氣體的壓強之比等于其物質(zhì)的量之比，據(jù)此計算反應(yīng)后氣體體積的物質(zhì)的量，從而計算氫氣反應(yīng)的物質(zhì)的量，再根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算反應(yīng)速率；根據(jù)CO反應(yīng)的物質(zhì)的量計算其轉(zhuǎn)化率，化學(xué)反應(yīng)速率概念計算v=$\frac{△c}{△t}$計算得到；轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（4）K越大，說明反應(yīng)進行的程度大，金屬氧化物越易被還原；700℃時CO還原Cr₂O₃反應(yīng)為：Cr₂O₃+3CO?2Cr+3CO₂，lg（$\frac{1}{K}$）${\;}^{\frac{1}{3}}$=4，所以K=10^-12；
（5）①由圖開始，實驗Ⅱ與實驗Ⅰ相比，反應(yīng)速率加快，平衡時氮氣的濃度不變，說明改變條件速率加快平衡不移動，結(jié)合反應(yīng)特征與平衡移動原理分析；
②實驗Ⅲ的溫度比實驗Ⅰ高，反應(yīng)速率快，到達平衡時間縮短，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡時氨氣的濃度較實驗Ⅰ低，據(jù)此作圖；
（6）結(jié)合圖象根據(jù)蓋斯定律來計算反應(yīng)的焓變．

解答 解：（1）達到平衡后，體積不變時，能提高H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，A．升高溫度，平衡向吸熱方向移動，故正確；
B．增加碳的用量，平衡都不移動，故錯誤；
C．加入催化劑，平衡都不移動，故錯誤；
D．用儲氫金屬吸收H₂，減少生成物的濃度平衡正向移動，故正確；
故選AD；
（2）在壓強相同的條件下，T₁對應(yīng)的吸氫量大，也就是T₂→T₁，平衡正向移動，而正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以T₂→T₁，是降溫，所以T₂＞T₁，故答案為：＜；
（3）溫度、體積不變的可逆反應(yīng)中，氣體的壓強之比等于其物質(zhì)的量之比，10min，壓強比（P_后/P_前）=0.9，則反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量=3mol×0.9=2.7mol，氣體減少的物質(zhì)的量=3mol-2.7mol=0.3mol，根據(jù)氣體減少的物質(zhì)的量與氫氣之間的關(guān)系式知，參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量=$\frac{0.3}{2}×2$=0.3mol，0～10min，用H₂表示的平均反應(yīng)速率=$\frac{\frac{0.3}{2}}{10}$mol•L^-1•min^-1=0.015 mol•L^-1•min^-1；
平衡狀態(tài)壓強比（P_后/P_前）=0.66，則反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量=3mol×0.66=1.98mol，氣體減少的物質(zhì)的量=3mol-1.98mol=1.02mol，根據(jù)氣體減少的物質(zhì)的量與氫氣之間的關(guān)系式知參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量$\frac{1.02mol}{2}$=0.51mol，則CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.51mol}{1mol}$×100%=51%，
故答案為：0.015 mol•L^-1•min^-1；51%；
（4）K越大，金屬氧化物越易被還原，故Cu₂O越易被還原；700℃時CO還原Cr₂O₃反應(yīng)為：Cr₂O₃+3CO?2Cr+3CO₂，lg（$\frac{1}{K}$）${\;}^{\frac{1}{3}}$=4，所以K=10^-12，故答案為：①Cu₂O；②10^-12；
（5）①由圖開始，實驗Ⅱ與實驗Ⅰ相比，反應(yīng)速率加快，平衡時氮氣的濃度不變，說明改變條件速率加快平衡不移動，該反應(yīng)正反應(yīng)是體積減小的放熱反應(yīng)，升高溫度或增大壓強、增大反應(yīng)物濃度，可以增大反應(yīng)速率，但平衡發(fā)生移動，故應(yīng)是使用催化劑，
故答案為：使用催化劑；
②實驗Ⅲ的溫度比實驗Ⅰ高，反應(yīng)速率快，到達平衡時間縮短，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡時氨氣的濃度較實驗Ⅰ低，故圖象為：，

故答案為：；
（6）第一步的熱化學(xué)方程式為NH₄⁺（aq）+1.5O₂（g）═NO₂^-（aq）+2H⁺（aq）+H₂O（l），△H=-273KJ/mol，
第二步的熱化學(xué)方程式為：NO₂^-（aq）+0.5O₂（g）═NO₃^-（aq），△H=-73KJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律則NH₄⁺（aq）+2O₂（g）═2H⁺（aq）+H₂O（l）+NO₃^-（aq），△H=-346 kJ/mol，
故答案為：NH₄⁺（aq）+2O₂（g）═2H⁺（aq）+H₂O（l）+NO₃^-（aq），△H=-346 kJ/mol．

點評 題目綜合性較大，涉及反應(yīng)熱計算、蓋斯定律的應(yīng)用、電極反應(yīng)式書寫、化學(xué)平衡的移動、化學(xué)平衡圖象與影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)計算等，側(cè)重高考�？键c與基礎(chǔ)知識的考查，目難度較大．