Question

能源的开发利用与人类社会的可持续性发展息息相关。

I．已知：Fe₂O₃（s）＋3C（s）=2Fe（s）＋3CO（g）△H₁=akJ·mol^-1

CO（g）＋1/2O₂（g）=CO₂（g）△H₂=bkJ·mol^-1

4Fe（s）＋3O₂（g）=2Fe₂O₃（s）△H₃=ckJ·mol^-1

则C的燃烧热________kJ·mol^-1

Ⅱ．（1）依据原电池的构成原理，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是（填序号）。

A．C（s）+CO₂（g）=2CO（g）

B．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H₂O（1）

C．2H₂O（l）=2H₂（g）+O₂（g）

D．2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）

若以熔融的K₂C0₃与C0₂为反应的环境，依据所选反应设计成一个原电池，请写出该原电池的负极反应：。

（2）某实验小组模拟工业合成氨反应N₂（g）＋3H₂（g）2NH₃（g）△H=-92．4kJ·mol^-1，开始他们将N₂和H₂混合气体20mol（体积比1：1）充入5L合成塔中。反应前压强为P。，反应过程中压强用P表示，反应过程中P/P。与时间t的关系如下图所示。请回答下列问题：

①反应达平衡的标志是（填字母代号）。

A．压强保持不变

B．气体密度保持不变

C．NH₃的生成速率是N₂的生成速率的2倍

②2min时，以C（N₂）变化表示的平均反应速率为。

③若提高N₂的转化率可采取的措施有。

A．向体系中按体积比1：1再充入N₂和H₂

B．分离出NH₃

C．升高温度

D．充入He气使压强增大E．加入一定量的N₂

Answer

I．（2a+6b+c）/6Ⅱ．（1）DCO－2e-+CO32-＝2CO2

（2）①AC②0．1mol·L－１·min－１③AB

【解析】

试题解析：I．燃烧热指1mol可燃物完全燃烧生成稳定化合物时放出的热量。依据盖斯定律，将第一个方程式乘以2，加上第二个方程式乘以6，加上第三个方程式，得到的方程式再除以6，可得到目标方程式C（s）+O2（g）=CO2（g），焓变作相应变化即可。

II．（1）原电池反应需要是自发进行的氧化还原反应，据此可知只有D反应符合要求。依据CO燃烧设计的原电池属于燃料电池，负极燃料失电子；因电解质是熔融的K2CO3，故负极反应式为CO与CO32-结合失电子生成CO2，电极反应式为CO－2e-+CO32-＝2CO2；

（2）①A、该反应是一个气体分子总数发生变化的反应，因此压强不变可说明反应达到平衡状态，A正确；B、容器容积不变，气体总质量不变，故气体密度一直不变，B错误；C、氨气的生成速率是正反应速率，氮气的生成速率是逆反应速率，二者的速率比为2:1时，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡，C正确。答案选AC。

②设反应消耗的氮气的物质的量为amol，则有

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）

初始量/mol：10100

变化量/mol：a3a2a

最终量/mol：10-a10-3a2a

根据图像，2min时P/P0＝0．9，根据相同条件下气体压强比等于物质的量之比，则有，解得a＝1，则以氮气表示的反应速率为：。

③欲提高氮气的转化率，需使平衡正向移动，但不能通过增加氮气的量实现。A、向体系中按1:1增加氮气和氢气，与原比例相同，相当于增大压强，平衡正向移动，氮气转化率提高，A正确；B、分离出氨气，则平衡正向移动，B正确；C、反应放热，升高温度平衡逆向移动，C错误；D、因容器容积不变，充入惰性气体对平衡无影响，D错误；E、加入氮气，平衡虽然正向移动，但氮气的转化率会减小，E错。答案选AB。

【考点定位】考查盖斯定律应用，原电池电极反应式书写，化学反应速率计算，化学平衡状态判断及影响因素，图像分析

【名师点晴】该题的难点是平衡状态判断和压强对平衡状态的影响，可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断依据：①正反应速率和逆反应速率相等。②反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。只要抓住这两个特征就可确定反应是否达到平衡状态，对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了，即说明可逆反应达到了平衡状态。判断化学反应是否达到平衡状态，关键是看给定的条件能否推出参与反应的任一物质的物质的量不再发生变化。关于惰性气体对平衡状态的影响，要明确：①恒温、恒容条件：原平衡体系体系总压强增大→体系中各组分的浓度不变→平衡不移动。②恒温、恒压条件：原平衡体系容器容积增大，各反应气体的分压减小→体系中各组分的浓度同倍数减小（等效于减压），平衡向气体体积增大的方向移动。