Question

17．I．通常人们把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能．如表为一些化学键的键能数据

化学键	Si-Si	O=O	Si-O
键能/kJ•mol-1	a	b	c

写出硅高温燃烧的热化学方程式Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）△H=（2a+b-4c）kJ/mol．
Ⅱ．利用太阳光分解水制氢是未来解决能源危机的理想方法之一．某研究小组设计了如图所示的循环系统实现光分解水制氢．反应过程中所需的电能由太阳能光电池提供，反应体系中I₂和Fe³⁺等可循环使用．

（1）写出下列反应池中反应的离子方程式：
电解池A2H⁺+2I^-=H₂+I₂．
电解池B4Fe³⁺+2H₂O=4Fe²⁺+O₂+4H⁺．
（2）若电解池A中生成3.36L H₂（标准状况），计算电解池B中生成Fe²⁺的物质的量为0.3mol
Ⅲ．在一定的温度下，把2体积N₂和6体积H₂分别通入一个带活塞的体积可变的容器中，活塞的一端与大气相通，容器中发生如下反应：

N₂（g）+3H₂（g）  2NH₃（g）；△H＜0
反应达到平衡后，测得混合气体为7体积．
请据此回答下列问题：
（1）保持上述反应温度不变，设a、b、c分别表示加入的N₂、H₂和NH₃的体积，如果反应达到平衡后混合气体中各物质的量仍与上述平衡时完全相同．
①a=1，c=2，则b=3．在此情况下，反应起始时将向逆反应方向（填“正”或“逆”）进行．
②若需规定起始时反应向逆方向进行，则c的取值范围是1＜c≤4．
（2）在上述装置中，若需控制平衡后混合气体为6.5体积，则可采取的措施是降低温度，原因是降低温度平衡向正反应方向移动，气体总分子数减少．

Answer 1

分析 I．根据反应热=反应物总键能-生成物总键能计算可得Si+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiO₂的热化学方程式；
Ⅱ．（1）由图可知，电解池A中，电解HI生成氢气与I₂，电解池B中为电解铁盐溶液，生成Fe²⁺、O₂、H⁺；
（2）根据同一电路中，电子转移守恒计算；
Ⅲ．（1）①在恒温恒压下，要使平衡状态与原平衡状态完全等效，可以采用极限转化处理，按化学计量数转化到左边，应满足2体积N₂、6体积H₂，计算原平衡时氨气的体积，根据氨气体积判断反应进行方向；
②若让反应逆向进行，氨气的体积必须大于原平衡时氨气的体积，最大值则为2体积氮气和6体积氢气完全反应时产生的氨气的体积；
（2）平衡后混合气体为6.5体，说明反应正向移动，恒压条件下，应是改变温度影响平衡移动，根据温度对化学平衡移动的影响知识来回答．

解答 解：Ⅰ．硅高温燃烧的方程式为Si+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiO₂，1molSi中含有2molSi-Si键，1molSiO₂中含有4molSi-O键，故该反应的反应热=2×akJ/mol+bkJ/mol-4×ckJ/mol=（2a+b-4c）kJ/mol，故该反应热化学方程式为：Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）△H=（2a+b-4c）kJ/mol，
故答案为：Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）△H=（2a+b-4c）kJ/mol；
Ⅱ．（1）由图可知，电解池A中，电解HI生成氢气与I₂，电解池中总反应的离子方程式为：2H⁺+2I^-=H₂↑+I₂ ；电解池B中为电解铁盐溶液，生成Fe²⁺、O₂、H⁺，电解池中总反应的离子方程式为：4Fe³⁺+2H₂O=4Fe²⁺+O₂↑+4H⁺；
故答案为：2H⁺+2I^-=H₂+I₂；4Fe³⁺+2H₂O=4Fe²⁺+O₂+4H⁺；
（2）电解池A中生成3.36L H₂（标准状况），氢气的物质的量为$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，根据电子转移守恒，有H₂～2e^-～2Fe²⁺，则生成Fe²⁺的物质的量为0.15mol×2=0.3mol；
故答案为：0.3；
Ⅲ．（1）①反应达到平衡后混合气体中各物质的量仍与上述平衡时完全相同，恒温恒压条件下，采用极限分析，按化学计量数转化到左边，相同物质的投入量应相同，2体积的氨气完全转化得到1体积氮气、3体积氢气，则氮气为1+a=1，氨气为3+b=6，应满足a=1，则a+1=2，b+3=6，则b=3；
因反应前原混合气体为8体积，反应后混合气体为7体积，体积差为1体积，则：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）   体积减少
                                  2                  2
                                  1                  1
故平衡时氨气为1体积，而在起始时，氨气的体积c=2体积，比平衡状态时大，为达到同一平衡状态，氨的体积必须减小，所以平衡逆向移动；
故答案为：3；逆；
②若让反应逆向进行，由上述①所求出的平衡时氨气为1体积，氨气的体积必须大于1体积，最大值则为2体积氮气和6体积氢气完全反应时产生的氨气的体积，即为4体积，则1＜c≤4；
故答案为：1＜c≤4；
（2）控制平衡后混合气体为6.5体积，气体的总分子数减少，则要求平衡正向移动，该反应为放热反应，恒压条件下，只能为降低温度；
故答案为：降低温度；降低温度平衡向正反应方向移动，气体总分子数减少．

点评 本题涉及热化学方程式书写、电解原理、等效平衡、化学平衡影响因素等，Ⅰ为易错点，要求学生掌握硅及二氧化硅的晶体结构确定1mol物质含有化学键是关键，Ⅲ中注意理解等效平衡原理，注意各物质的量与原平衡相等，按化学计量数转化到左边满足对应物质等量，不能是等比，本题综合性强，难度中等．