Question

【题目】氨在国防、工农业等领域发挥着重要作用。工业以甲烷为原料生产氨气的过程如下：

（1）过程Ⅰ中，有关化学反应的能量变化如下图所示

反应①为___________（“吸热”或“放热”），CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2 (g)的热化学方程式是________________。

(2)CO可降低过程Ⅱ所用催化剂的催化效率，常用乙酸二氨合铜(Ⅰ )溶液吸收，其反应原理为：[Cu(NH3)2CH3COO](aq)+CO(g)+NH3(g)[Cu(NH3)3]CH3COOCO(1)，

①N元素在周期表中的位置为__________，NH3的电子式为__________。

②所得溶液经处理的又可再生，恢复其吸收CO能力，再生的适宜条件是__________(选填字母)。

a．高温、高压 b．高温、低压 c．低温、低压 d．低温、高压

(3)合成NH3的反应为放热反应，如果该反应平衡时，只改变一个条件，再次达到新平衡时，平衡常数K值变大。关于该反应的说法正确的是__________(填字母序号)。

A.一定向正反应方向移动 B.在平衡移动时正反应速率先增大再减小

C.一定向逆反应方向移动 D.在平衡移动时逆反应速率先减小再增大

(4)400℃，28MPa时，将1molN2和3mol H2混合充入体积可变的密闭容器中，加入催化剂，10分钟后反应达到平衡时N2转化率为60%。该温度下的平衡常数Kp=__________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。

(5)一种直接供氨式固体氧化物燃料电池能量转化率达85％，其结构示意图如图所示：

①负极的电极反应式是_____________。

②用该电池电解300mL的饱和食盐水。一段时间后，溶液pH=13(忽略溶液体积的变化)，则消耗NH3溶液的体积是_____L。(标准状况)

Answer 1

【答案】 吸热 CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2 (g) △ H = +118.1kJ/mol 第二周期第ⅤA族 b AD 0.021(MPa)-2 或(MPa)-2 2NH3 -6e- + 3O2- =N2 + 3H2O 0.224L

【解析】（1）由图可得热化学方程式为：①CH4(g) + 2H2O(g) = CO2(g) + 4H2 (g) H = +76.9kJ/mol，②CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2 (g) H = -41.2kJ/mol，根据盖斯定律①-②得：CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2 (g) H = +118.1kJ/mol，故答案为：吸热；CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2 (g) H = +118.1kJ/mol。

（2）①N元素在元素周期表中位于第二周期第VA族，NH3的电子式为：，故答案为：第二周期第VA族；；②吸收CO后的乙酸二氨合铜溶液经过适当处理后又可再生，回复其吸收CO的能力以供循环使用，依据化学平衡[Cu(NH3)2CH3COO](aq)+CO(g)+NH3(g)[Cu(NH3)3]CH3COOCO(1)，H<0，反应是气体体积减小的放热反应，平衡逆向进行是再生原理，故再生适宜条件是高温低压，答案为：b。

（3）化学平衡常数只与温度有关，合成氨反应为放热反应，该反应平衡时，如果只改变一个条件，再次达到平衡时，平衡常数K值变大，说明温度降低，平衡向正反应方向移动，逆反应速率先减小再增大，故AD正确

（4）10分钟后反应达到平衡时N2转化率为60%，则反应的N2的物质的量为0.6mol，列三段式：

氮气、氢气、氨气的平衡分压分别为 ×28MPa=4MPa，12MPa，12MPa，所以平衡常数Kp= = (MPa)-2。

（5）①此燃料电池中，负极为NH3发生氧化反应，与固体电解质中的O2-生成N2和H2O，电极反应式：2NH3-6e-+3O2-=N2+3H2O。②电解后溶液pH=13，则OH-浓度为0.1mol/L，溶液体积0.3L，则OH-物质的量为0.03mol，故电解过程中转移的电子为0.03mol，由电子守恒和电极反应式2NH3-6e-+3O2-=N2+3H2O可知，消耗的NH3为0.01mol，标准状况下的体积为0.224L。