Question

【题目】（1）浙江大学用甲醇、CO、O2在常压、某温度和催化剂的条件下合成碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3)的研究开发。已知:

①1mol CO完全燃烧放出283.0kJ的热量;

②1mol H2O(l)完全蒸发变成H2O(g)需吸收44.0 kJ的热量;

③2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+H2O(g) ΔH=-15.5 kJ·mol-1

则2CH3OH(g)+CO(g)+1/2O2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(l) ΔH=__________。

（2）工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)是一个放热的可逆反应,反应条件是高温、高压并且需要合适的催化剂。已知形成1mol H—H键、1mol N—H键、1mol N≡N键放出的能量分别为436 kJ、391 kJ、946 kJ。则:

①若1 mol氮气完全反应生成氨气可放出的能量为__________kJ。

②如果将1 mol氮气和3 mol氢气混合,使充分反应,反应放出的能量总小于上述数值,为什么?__________。

③实验室模拟工业合成氨时,在容积为2L的密闭容器内,反应经过10分钟后,生成10 mol 氨气,则用氮气表示的化学反应速率是__________mol·L-1·min-1。

④一定条件下,当合成氨的反应达到化学平衡时,下列说法正确的是__________。

a.以同一物质表示的正反应速率和逆反应速率相等

b.正反应速率最大,逆反应速率为0

c.氮气的转化率达到最大值

d.氮气和氢气的浓度相等

e.N2、H2和NH3的体积分数相等

f.反应达到最大限度

Answer 1

【答案】-342.5 kJ·mol-1 92 该反应是可逆反应，1mol氮气和3mol氢气不能完全反应，放出的能量总是小于92kJ 0.25 acf

【解析】

（1）根据题设条件，将①与②分别写成热化学方程式得，

①CO(g) + O2(g) = CO2(g) ΔH = -283.0 kJ·mol-1；

②H2O(l) = H2O(g) ΔH = +44.0 kJ·mol-1；

结合反应③利用盖斯定律可得，目标化学方程式2CH3OH(g)+CO(g)+1/2O2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(l)可由①-②+③得到，从而计算出反应的焓变；

（2）①化学反应的能量变化实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。根据参与反应的物质分子内化学键的断裂吸收的能量与新化学键形成所放出的能量的代数和来计算1 mol氮气完全反应生成氨气放出的热量；

②反应为可逆反应，1 mol氮气和3 mol氢气混合不能反应彻底；

③化学反应速率的定义式 = = 计算出氨气的速率，再结合化学反应速率之比等于化学计量数之比推出氨气表示的化学反应速率即可；

④根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变等物理量保持不变。选择判断的物理量随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态。

（1）根据题设条件，将①与②分别写成热化学方程式得，

①CO(g) + O2(g) = CO2(g) ΔH1 = -283.0 kJ·mol-1；

②H2O(l) = H2O(g) ΔH2 = +44.0 kJ·mol-1；

结合反应③根据盖斯定律可得，目标化学方程式2CH3OH(g)+CO(g)+1/2O2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(l)可由①-②+③得到，所以对应的焓变ΔH = -283.0 kJ·mol-1-（+44.0 kJ·mol-1）+（-15.5 kJ·mol-1） = -342.5 kJ·mol-1，

故答案为：-342.5 kJ·mol-1；

（2）①旧化学键的断裂需要吸收的能量，新化学键形成需要放出的能量，结合化学反应方程式及其题设中所给数据，可计算出若1 mol氮气完全反应，则反应的焓变为ΔH = 946 kJ/mol+3436 kJ/mol-6391 kJ/mol = -92 kJ/mol，则反应放出的热量为92 kJ，

故答案为：92；

②因反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)为可逆反应，则1 mol氮气和3 mol氢气混合不能完全反应，则实际放出的热量小于理论值，

故答案为：该反应是可逆反应，1mol氮气和3mol氢气不能完全反应，放出的能量总是小于92 kJ；

③由化学反应速率的定义式 = = 得，氨气的化学反应速率(NH3) = = 0.5 mol·L-1·min-1,又知参加反应的各物质的化学反应速率之比等于其化学计量数之比，则(N2)：(NH3) = 1:2，所以(N2) = (NH3) =0.25 mol·L-1·min-1，

故答案为：0.25；

（4）当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变等物理量保持不变。选择判断的物理量随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态。

a. 当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，即以同一物质表示的正反应速率和逆反应速率相等，故a项正确；

b.正反应速率最大，逆反应速率为0，正逆反应速率不相等，故b项错误；

c.氮气的转化率由变化到定值（最大值）时，说明可逆反应到达平衡状态；

d. 当反应达到平衡状态时，各物质的浓度保持不变，但氮气和氢气的浓度相等不一定是定值，故d项错误；

e. 当反应达到平衡状态时，N2、H2和NH3的体积分数保持不变，但各物质的体积分数相等，不代表保持不变，故e项错误；

f.平衡状态即反应达到最大限度，故f项正确；

故答案为：acf。