Question

17．I．通常人們把拆開1mol某化學鍵所吸收的能量看成該化學鍵的鍵能．如表為一些化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)

化學鍵	Si-Si	O=O	Si-O
鍵能/kJ•mol-1	a	b	c

寫出硅高溫燃燒的熱化學方程式Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）△H=（2a+b-4c）kJ/mol．
Ⅱ．利用太陽光分解水制氫是未來解決能源危機的理想方法之一．某研究小組設(shè)計了如圖所示的循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)光分解水制氫．反應(yīng)過程中所需的電能由太陽能光電池提供，反應(yīng)體系中I₂和Fe³⁺等可循環(huán)使用．

（1）寫出下列反應(yīng)池中反應(yīng)的離子方程式：
電解池A2H⁺+2I^-=H₂+I₂．
電解池B4Fe³⁺+2H₂O=4Fe²⁺+O₂+4H⁺．
（2）若電解池A中生成3.36L H₂（標準狀況），計算電解池B中生成Fe²⁺的物質(zhì)的量為0.3mol
Ⅲ．在一定的溫度下，把2體積N₂和6體積H₂分別通入一個帶活塞的體積可變的容器中，活塞的一端與大氣相通，容器中發(fā)生如下反應(yīng)：

N₂（g）+3H₂（g）  2NH₃（g）；△H＜0
反應(yīng)達到平衡后，測得混合氣體為7體積．
請據(jù)此回答下列問題：
（1）保持上述反應(yīng)溫度不變，設(shè)a、b、c分別表示加入的N₂、H₂和NH₃的體積，如果反應(yīng)達到平衡后混合氣體中各物質(zhì)的量仍與上述平衡時完全相同．
①a=1，c=2，則b=3．在此情況下，反應(yīng)起始時將向逆反應(yīng)方向（填“正”或“逆”）進行．
②若需規(guī)定起始時反應(yīng)向逆方向進行，則c的取值范圍是1＜c≤4．
（2）在上述裝置中，若需控制平衡后混合氣體為6.5體積，則可采取的措施是降低溫度，原因是降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，氣體總分子數(shù)減少．

Answer 1

分析 I．根據(jù)反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能計算可得Si+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiO₂的熱化學方程式；
Ⅱ．（1）由圖可知，電解池A中，電解HI生成氫氣與I₂，電解池B中為電解鐵鹽溶液，生成Fe²⁺、O₂、H⁺；
（2）根據(jù)同一電路中，電子轉(zhuǎn)移守恒計算；
Ⅲ．（1）①在恒溫恒壓下，要使平衡狀態(tài)與原平衡狀態(tài)完全等效，可以采用極限轉(zhuǎn)化處理，按化學計量數(shù)轉(zhuǎn)化到左邊，應(yīng)滿足2體積N₂、6體積H₂，計算原平衡時氨氣的體積，根據(jù)氨氣體積判斷反應(yīng)進行方向；
②若讓反應(yīng)逆向進行，氨氣的體積必須大于原平衡時氨氣的體積，最大值則為2體積氮氣和6體積氫氣完全反應(yīng)時產(chǎn)生的氨氣的體積；
（2）平衡后混合氣體為6.5體，說明反應(yīng)正向移動，恒壓條件下，應(yīng)是改變溫度影響平衡移動，根據(jù)溫度對化學平衡移動的影響知識來回答．

解答 解：Ⅰ．硅高溫燃燒的方程式為Si+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiO₂，1molSi中含有2molSi-Si鍵，1molSiO₂中含有4molSi-O鍵，故該反應(yīng)的反應(yīng)熱=2×akJ/mol+bkJ/mol-4×ckJ/mol=（2a+b-4c）kJ/mol，故該反應(yīng)熱化學方程式為：Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）△H=（2a+b-4c）kJ/mol，
故答案為：Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）△H=（2a+b-4c）kJ/mol；
Ⅱ．（1）由圖可知，電解池A中，電解HI生成氫氣與I₂，電解池中總反應(yīng)的離子方程式為：2H⁺+2I^-=H₂↑+I₂ ；電解池B中為電解鐵鹽溶液，生成Fe²⁺、O₂、H⁺，電解池中總反應(yīng)的離子方程式為：4Fe³⁺+2H₂O=4Fe²⁺+O₂↑+4H⁺；
故答案為：2H⁺+2I^-=H₂+I₂；4Fe³⁺+2H₂O=4Fe²⁺+O₂+4H⁺；
（2）電解池A中生成3.36L H₂（標準狀況），氫氣的物質(zhì)的量為$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，有H₂～2e^-～2Fe²⁺，則生成Fe²⁺的物質(zhì)的量為0.15mol×2=0.3mol；
故答案為：0.3；
Ⅲ．（1）①反應(yīng)達到平衡后混合氣體中各物質(zhì)的量仍與上述平衡時完全相同，恒溫恒壓條件下，采用極限分析，按化學計量數(shù)轉(zhuǎn)化到左邊，相同物質(zhì)的投入量應(yīng)相同，2體積的氨氣完全轉(zhuǎn)化得到1體積氮氣、3體積氫氣，則氮氣為1+a=1，氨氣為3+b=6，應(yīng)滿足a=1，則a+1=2，b+3=6，則b=3；
因反應(yīng)前原混合氣體為8體積，反應(yīng)后混合氣體為7體積，體積差為1體積，則：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）   體積減少
                                  2                  2
                                  1                  1
故平衡時氨氣為1體積，而在起始時，氨氣的體積c=2體積，比平衡狀態(tài)時大，為達到同一平衡狀態(tài)，氨的體積必須減小，所以平衡逆向移動；
故答案為：3；逆；
②若讓反應(yīng)逆向進行，由上述①所求出的平衡時氨氣為1體積，氨氣的體積必須大于1體積，最大值則為2體積氮氣和6體積氫氣完全反應(yīng)時產(chǎn)生的氨氣的體積，即為4體積，則1＜c≤4；
故答案為：1＜c≤4；
（2）控制平衡后混合氣體為6.5體積，氣體的總分子數(shù)減少，則要求平衡正向移動，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，恒壓條件下，只能為降低溫度；
故答案為：降低溫度；降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，氣體總分子數(shù)減少．

點評 本題涉及熱化學方程式書寫、電解原理、等效平衡、化學平衡影響因素等，Ⅰ為易錯點，要求學生掌握硅及二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)確定1mol物質(zhì)含有化學鍵是關(guān)鍵，Ⅲ中注意理解等效平衡原理，注意各物質(zhì)的量與原平衡相等，按化學計量數(shù)轉(zhuǎn)化到左邊滿足對應(yīng)物質(zhì)等量，不能是等比，本題綜合性強，難度中等．