Question

氢气是一种清洁能源，又是合成氨工业的重要原料。

(1)已知：CH₄(g)+H₂O==CO+3H₂(g)  △H=206.2 kJ·mol^-1。

CH₄(g)+CO₂(g)==2CO(g)+2H₂(g)  △H=247.4 kJ·mol^-1

甲烷和H₂O(g)反应生成H₂和CO₂的热化学方程式为___________________。

(2)工业合成氨的反应原理为N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H=-92.4 kJ·mol^-1。

某温度下，把10 mol N₂与28 mol H₂置于容积为10 L的密闭容器内，10 min时反应达到平衡状态，测 得氮气的平衡转化率为60％，则10 min内该反应的平均速率v(NH₃)=__________mol·L^-1·min^-1，该温度下该反应的平衡常数K=________。 欲增大氮气的平衡转化率，可采取的措施有_____________、____________等(共写两条措施即可，每空一条)。

(3)下图所示装置工作时均与H₂有关。

图l所示装置中阳极的电极反应式为______________。

②图2所示装置中，通入H₂的管口是_____________(选填字母代号)。

③某同学按图3所示装置进行实验，实验结束后．将玻璃管内固体物质冷却后，溶于稀硫酸，充分反应后，滴加KSCN溶液。溶液不变红，再滴入新制氯水，溶液变为红色。该同学据此得出结论：铁与水蒸气反应生成FeO和H₂。该结论_____________(填“严密”或“不严密”)，你的理由是(用离子方程式和必要的文字说明)______________________。

Answer

（1） CH4（g）+2H2O（g）===CO2（g）+4H2（g） ΔH =+165.0 kJ·mol-1

（2） 0.12， 3.6 mol-2·L2 ，

增大压强、增加氢气的浓度、移走氨气、降温（答出其中两项即可）

【解析】

试题分析：（1）CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ/mol①

CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4kJ/mol②

将方程式①×2－②得CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJ/mol。

（2）转化的氮气的物质的量=10mol×60%=6mol，则10min内的平均反应速率v（N2）==0.06mol·L-1·min-1，同一化学反应中同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比， 所以v（NH3）=0.12mol·L-1·min-1；反应达到平衡状态时，c(N2)==0.4mol/L，c(H2)==1mol/L，c(NH3)===1.2mol/L，z则K==3.6(mol/L)-2。

该反应是一个反应前后气体体积减小的放热反应，增加反应物或减小生成物的浓度或降低温度都能使反应向正反应方向移动，所以增加氢气的浓度或分离出氨气或降温都能使该反应向正反应方向移动。

（3）①阳极上锰酸根离子失电子生成高锰酸根离子，电极反应式为：MnO42－－e－=MnO4－。②氢氧燃料碱性电池中，氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，图片中氢氧根离子向d电极移动，说明d电极上是氢气。③铁和水蒸气在高温下反应生成四氧化三铁和氢气，根据反应现象知，该反应中部分铁未参加反应导致剩余的铁和铁离子反应生成二价铁离子，离子方程式为：2Fe3++Fe=3Fe2+，所以说不严密。

考点：考查化学反应原理，包括热化学，电化学及化学平衡等