Question

【題目】能源是現(xiàn)代文明的原動(dòng)力，通過(guò)化學(xué)方法可以使能量按人們所期望的形式轉(zhuǎn)化，從而開(kāi)辟新能源和提高能源的利用率，請(qǐng)回答下列問(wèn)題。

(1)工業(yè)合成氨反應(yīng)：N2+3H2 2NH3是放熱的可逆反應(yīng)，反應(yīng)條件是高溫、高壓，并且需要合適的催化劑。已知1 mol N2完全反應(yīng)生成NH3可放出92 kJ熱量。如果將10 mol N2和足量H2混合，使其充分反應(yīng)，放出的熱量________(填“大于”、“小于”或“等于”)920kJ。

(2)實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)合成氨時(shí)，在容積為2 L的密閉容器內(nèi)，反應(yīng)經(jīng)過(guò)10 min后，生成10 mol NH3

①則用N2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為__________________。

②一定條件下，當(dāng)該反應(yīng)進(jìn)行到最大限度時(shí)，下列說(shuō)法正確的是______(填編號(hào))

a.N2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大值

b.N2、H2和NH3的體積分?jǐn)?shù)之比為1 : 3 : 2

c.體系內(nèi)氣體的密度保持不變

d.體系內(nèi)物質(zhì)的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變

(3)某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)進(jìn)行如下圖所示實(shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。請(qǐng)根據(jù)你掌握的反應(yīng)原理判斷，②中的溫度_______(填“升高”或“降低”)。反應(yīng)過(guò)程____(填“①”或“②”)的能量變化可用圖表示。

(4)用CH4和O2組合形成的質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)如圖：

①則d電極是____(填“正極” 或“負(fù)極”)，c電極的電極反應(yīng)式為_____________________________。

②若線路中轉(zhuǎn)移2 mol電子，則該燃料電池理論上消耗的O2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為______L。

Answer 1

【答案】小于 0.25mol/(L·min) ad 降低 ① 正極 CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ 11.2

【解析】

（1）依據(jù)合成氨的反應(yīng)是可逆反應(yīng)作答；

（2）①根據(jù)，結(jié)合反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比求算；

②化學(xué)平衡狀態(tài)是正逆反應(yīng)速率相等，各組分濃度保持不變的狀態(tài)，反應(yīng)達(dá)到最大限度，據(jù)此分析；

（3）Al與鹽酸反應(yīng)放出熱量，Ba（OH）28H2O與NH4Cl反應(yīng)吸收熱量，圖2中反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，為放熱反應(yīng)；

（4）①依據(jù)原電池工作圖中電子流出的方向判斷正負(fù)極；

②根據(jù)電極反應(yīng)式列出關(guān)系式計(jì)算氧氣的消耗量；

（1）合成氨是可逆反應(yīng),反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化，所以將10 mol N2和足量H2混合，使其充分反應(yīng)，放出的熱量小于920kJ；

（2）①，又因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)中，各物質(zhì)表示的反應(yīng)速率之比等于其系數(shù)之比，則v(N2)=v(NH3)= ×0.5mol/(Lmin) = 0.25mol/(Lmin)，

故答案為：0.25mol/(Lmin)；

②a.N2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大值，則說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，a項(xiàng)正確；

b. N2、H2和NH3的體積分?jǐn)?shù)之比為1 : 3 : 2，不能說(shuō)明各物質(zhì)的濃度保持不變，無(wú)法說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，b項(xiàng)錯(cuò)誤；

c.體系內(nèi)氣體的總質(zhì)量保持不變，總體積保持不變，則氣體的密度始終保持不變，因此密度不變不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，c項(xiàng)錯(cuò)誤；

d. 因反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的體系，體系內(nèi)氣體的總質(zhì)量保持不變，若物質(zhì)的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變時(shí)，則氣體的總物質(zhì)的量保持不變，可說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，d項(xiàng)正確；

故答案選ad；

（3）Ba（OH）28H2O與NH4Cl反應(yīng)吸收熱量，則反應(yīng)后②中的溫度降低；Al與鹽酸反應(yīng)放出熱量，又從圖中能量變化圖可以看出，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，則可表示反應(yīng)①的能量變化；

（4）①因c是電子流出的一極，則c為負(fù)極，d為正極，甲烷具有還原性，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2，電極反應(yīng)式為：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+，故答案為：正極；CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+

②原電池中正極電極反應(yīng)為2O2+8H++8e-=4H2O，當(dāng)轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，則消耗氧氣物質(zhì)的量為0.5mol，體積為0.5mol×22.4L/mol=11.2 L。