Question

【题目】氢气是一种重要的工业原料和清洁能源，可用作合成氨、合成甲醇、合成盐酸的原料，冶金用还原剂等。

（1）已知：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.2 kJ·mol1。

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247.4 kJ·mol1

则反应CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ΔH= _______kJ·mol1。

（2）工业合成氨的反应原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=92.4 kJ·mol1。

①该反应中的H2制取成本较高，工业生产中往往追求H2的转化率。增大H2的平衡转化率的措施有_______（填字母代号）。

a．增大压强

b．升高温度

c．增大N2浓度

d．及时移走生成物NH3

e．使用高效催化剂

②升高温度，该可逆反应的平衡常数K__________（填“增大”“不变”或“减小”）。

③某温度下，把10 mol N2与28 mol H2置于容积为10 L的恒容密闭容器内，10 min时反应达到平衡状态，测得平均速率v(NH3)=0.12 mol·L1·min1，H2的平衡转化率为_______（保留三位有效数字），则该温度下反应的平衡常数K=_______。

（3）下图所示装置工作时均与H2有关。

①图l所示装置，通入H2的管口是______（填字母），正极反应式为___________________。

②图2是实验室制备H2的实验装置，在漏斗中加入1 mL CuSO4溶液，可观察到气泡生成速率明显加快，原因是_____________________，若反应装置中硫酸过量，则加入CuSO4溶液后，生成的氢气量__________（填“增大”“不变”或“减小”）。

Answer 1

【答案】+165.0 acd 减小 64.3％ 3.6 mol2·L2 b O2+2H2O+4e4OH Zn还原出Cu，Cu、Zn与硫酸形成原电池 减小

【解析】

（1）利用盖斯定律，使第一个热化学方程式乘2，然后减去第二个热化学方程式，可得新的热化学方程式CH4(g)+2H2O(g)＝CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165.0 kJ·mol1。

（2）①N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=92.4 kJ·mol1，该反应为气体物质的量减小、放热的反应，故增大压强，降低温度，可使平衡正向移动，H2转化率提高；增大一种反应物的浓度，可提高另外反应物的转化率；及时移走生成物，可使平衡正向移动，反应物转化率提高；催化剂只能提高反应速率，不能改变化学平衡，答案选acd。

②该反应为放热反应，故升温平衡逆向移动，平衡常数减小。

③平衡生成的n(NH3)为0.12 mol·L1·min1×10 L×10 min=12 mol，故消耗的H2为18 mol，其转化率为18 mol/28 mol×100%=64.3％；平衡时，c(N2)=(10 mol 6 mol)/10 L=0.4 mol/L，c(H2)=(28 mol18 mol)/10 L=1 mol/L，c(NH3)=12 mol/10 L=1.2 mol/L，平衡常数K===3.6 (mol2·L2)。

（3）①由图1中OH移动方向可知b为负极，是H2发生氧化反应的电极；正极为O2得电子与水反应生成OH，电极反应式为O2+2H2O+4e＝4OH；

②加入CuSO4后，Cu2+与Zn发生置换反应生成Cu，Cu、Zn与硫酸形成原电池，使生成H2的速率加快。由于部分Zn参与置换反应，故生成氢气的量减小。