Question

I．已知：反应

4HCl(g)+O₂(g) 2Cl₂(g)+2H₂O(g)  ΔH = —115.6 kJ/mol 

H₂(g) + Cl₂(g) = 2HCl(g)           ΔH = —184 kJ/mol

H₂O(g) =  H₂O(l)             ΔH = —44 kJ/mol

写出H₂燃烧热的热化学方程式                              。

II．实施以减少能源浪费和降低废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求。试运用所学知识，解决下列问题：

（1）已知某反应的平衡表达式为： ，它所对应的化学方程式为：          

（2）在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：

A(g) + 3B(g)2C(g) + D（s） ΔH，其化学平衡常数K与温度T的关系如下表：

T/K	300	400	500	…
K/(mol·L^－1)^2	4×10^6	8×10^7	K1	…

请完成下列问题：

①判断该反应的ΔH         0（填“>”或“<”）

②在一定条件下，能判断该反应一定达化学平衡状态的是          （填序号）。

A．3v(B)_（正）=2v(C)_（逆）       B．A和B的转化率相等

C．容器内压强保持不变   D．混合气体的密度保持不变

（3）已知N₂ (g)+ 3H₂(g)2NH₃(g) △H<0

①在一定温度下，向容积不变（始终为10L）的密闭容器中加入2 mol N₂、8 mol H₂ 及固体催化剂。10分钟后反应达到平衡状态，容器内气体压强变为起始的80％，此时氨气的体积分数为：         ，用氮气表示的反应速率为：                。

②保持①中的温度和容积不变，设a、b、c分别代表初始加入的N₂、H₂、NH₃的物质的量，若反应达平衡后，混合气体中NH₃的体积分数与①中的相同，那么： 若a= 0.5，c= 3，则b=      ，在此情况下反应起始时将向       反应方向进行。

③保持①中的温度和容积不变，若按下列四种配比作为起始物质，达平衡后容器内N₂的转化率大于①中的是              。（填序号）

A．4molNH₃                        B．1.5molN₂、7.5molH₂和1molNH₃

C．1molN₂、5molH₂和2molNH₃       D．1molN₂、6molH₂和2molNH₃

（4）以天然气(假设杂质不参与反应)为原料的燃料电池示意图如图所示。

①放电时，负极的电极反应式为                             。

②假设装置中盛装100.0 mL 3.0 mol·L^-1 KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下体积为8960 mL。放电完毕后，电解质溶液中的溶质是           电解质溶液中各离子浓度的大小关系为              。

Answer

Ⅰ H2(g) + 1/2O2(g)= H2O(l) ΔH= —285.8 kJ/mol

Ⅱ （1）C（S）+H2O(g) H2(g) + CO(g)

（2） ① ＞ ② CD

（3） 25% 0.01mol/(L•min) 3.5 逆

（4）①CH4-8e－+10OH－= CO32－+7H2O ②c(K＋)>c(HCO3－)>c(CO32－)>c(OH－)>c(H＋)

【解析】

试题分析：Ⅰ、（1）①4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH = —115.6 kJ/mol、②H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g) ΔH = —184 kJ/mol、③ H2O(g) = H2O(l) ΔH = —44 kJ/mol，依据盖斯定律：①÷2+②+③得到-115.6÷2-184-44=-285.8kJ/mol，则H2燃烧热的热化学方程式为H2(g) + 1/2O2(g)= H2O(l) ΔH= —285.8 kJ/mol。
Ⅱ、（1）平衡表达式为：K=c(H2)•c(CO)/c(H2O) ，生成物为CO、H2，反应物含有H2O，三者化学计量数分别为1、1、1，根据元素守恒，另一反应物为固体C，对应反应的化学方程式为C（S）+H2O(g) H2(g) + CO(g)；

（2）①根据表格提供的信息，温度升高，K值增大，说明该反应的正反应为吸热反应，即ΔH>0。

②根据正逆反应速率之比等于化学计量数之比可得2v(B)（正）=3v(C)（逆），A项错误；A和B的转化率相等与反应平衡与否无关，只要最初按系数比加入A和B，A和B的转化率就相同，B项错误；此反应A(g) + 3B(g)  2C(g) + D（s）是一个气体系数发生变化的反应，则容器内压强保持不变或混合气体的密度保持不变均可使此反应达到平衡，C、D正确；答案选CD。

（3）①在一定温度下，向容积不变（始终为10L）的密闭容器中加入2 mol N2、8 mol H2 及固体催化剂。10分钟后反应达到平衡状态，容器内气体压强变为起始的80％，根据三段式解答：

N2 (g)+ 3H2(g)2NH3(g) △H<0

起始物质的量(mol) 2 8 0

变化物质的量(mol) n 3n 2n

平衡物质的量(mol) 2-n 8-3n 2n 2-n+8-3n+2n=10×0.8，解答n=1

此时氨气的体积分数为：2÷8×100%=25%，用氮气表示的反应速率为：1mol÷(10L×10min)= 0.01mol/(L•min)。

②保持①中的温度和容积不变，设a、b、c分别代表初始加入的N2、H2、NH3的物质的量，若反应达平衡后，混合气体中NH3的体积分数与①中的相同，说明此时建立的平衡与原平衡等效，根据等效平衡建立的规律，将3mol氨气全部反应成氮气和氢气，生成1.5mol氮气和4.5mol氢气，b=8-4.5=3.5，根据上述反应达到平衡时氢气为5mol可知，在此情况下反应起始时将向逆反应方向进行。

③A．4molNH3相当于2mol氮气和6mol氢气混合，也相当于在氮气2mol、氢气8mol的基础上减少氢气的物质的量，平衡逆向移动，氮气的平衡转化率减小；B．1.5molN2、7.5molH2和1molNH3相当于2mol氮气和9mol氢气，也相当于在2mol氮气、8mol氢气的基础上增加1mol氢气，氮气的转化率增大；C．1molN2、5molH2和2molNH3相当于2mol氮气、8mol氢气，与原平衡是等效平衡，氮气的转化率不变；D．1molN2、6molH2和2molNH3相当于2mol氮气和9mol氢气，也相当于在2mol氮气、8mol氢气的基础上增加1mol氢气，氮气的转化率增大；答案选BD。

（4）①负极发生氧化反应，甲烷在负极放电生成碳酸根离子，负极电极反应式为CH4-8e－+10OH－= CO32－+7H2O；

②参与反应的氧气在标准状况下体积为8960mL，物质的量为8.96L/22.4L/mol =0.4mol，根据电子转移守恒可知，生成二氧化碳为(0.4mol×4 )/8 =0.2mol，n（NaOH）=0.1L×3.0mol•L-1=0.3mol，n（NaOH）：n（CO2）=0.3mol：0.2mol=3：2，介于1：1与2：1之间，生成碳酸钾、碳酸氢钾，令碳酸钾、碳酸氢钾的物质的量分别为xmol、ymol，则x+y=0.2，2x+y=0.3，解得x=0.1，y=0.1，溶液中碳酸根水解，碳酸氢根的水解大于电离，溶液呈碱性，c（OH-）＞c（H+），碳酸根的水解程度大于碳酸氢根，c（HCO3-）＞c（CO32-），钾离子浓度最大，水解程度不大，碳酸根浓度远大于氢氧根离子，c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+）。

考点：考查热化学方程式的书写，化学平衡状态的判断，化学反应速率的计算，原电池的工作原理等知识。