Question

【题目】含氮化合物在材料方面的应用越来越广泛。

(1)甲胺(CH3NH2)是合成太阳能敏化剂的原料。工业合成甲胺原理：

CH3OH(g)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)△H。

①已知键能指断开1mol气态键所吸收的能量或形成1mol气态键所释放的能量。几种化学键的键能如下表所示：

化学键	C-H	C-O	H-O	N-H	C-N
键能/kJ·mol-1	413	351	463	393	293

则该合成反应的△H=______________。

②一定条件下，在体积相同的甲、乙、丙、丁四个容器中，起始投入物质如下：

	NH3(g)/mol	CH3OH(g)/mol	反应条件
甲	1	1	498K，恒容
乙	1	1	598K，恒容
丙	1	1	598K，恒压
丁	2	3	598K，恒容

达到平衡时，甲、乙、丙、丁容器中的CH3OH转化率由大到小的顺序为_______________。

(2)工业上利用镓(Ga)与NH3在高温下合成固体半导体材料氮化镓(GaN)，其反应原理为2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)△H=-30.81kJ·mol-1。

①在密闭容器中充入一定量的Ga与NH3发生反应，实验测得反应体系与温度、压强的相关曲线如图所示。图中A点与C点的化学平衡常数分别为KA和KC,下列关系正确的是_________(填代号)。

a．纵轴a表示NH3的转化率 b．纵轴a表示NH3的体积分数 c．T1<T2 d．KA<Kc

②镓在元素周期表位于第四周期第ⅢA族，化学性质与铝相似。氮化镓性质稳定，不溶于水，但能缓慢溶解在热的NaOH溶液中，该反应的离子方程式为_____________________。

(3)用氮化镓与铜组成如图所示的人工光合系统，利用该装置成功地以CO2和H2O为原料合成CH4。铜电极表面发生的电极反应式为___________。两电极放出O2和CH4相同条件下的体积比为________，为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量的__________(填“盐酸”或“硫酸”)。

Answer 1

【答案】-12 kJ·mol-1 甲＞乙=丙＞丁 bd GaN+3H2O+OH- NH3↑+Ga (OH)4- CO2+8H++8e-=CH4+2H2O 2:1 硫酸

【解析】

（1）①反应热=反应物总键能-生成物总键能，故△H== -12 kJ·mol-1；②反应CH3OH(g)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)△H=-12 kJ·mol-1；为放热反应，以甲为参照，乙升高温度，反应向吸热反应的逆反应移动，CH3OH转化率减小；再以乙为参照，丙恒压时，由于反应正向进行时气体的量不变，平衡不移动，CH3OH转化率丙与乙相等；以乙为参照，丁中CH3OH增加的倍数大于氨气，故转化率降低，因此转化率大小关系为甲＞乙=丙＞丁；（2）①反应2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)△H=-30.81kJ·mol-1为气体体积增大的放热反应；a．增大压强平衡逆向移动，故若纵轴a表示NH3的转化率，随着压强的增大转化率应该减小，故错误；b．增大压强平衡逆向移动，故纵轴a表示NH3的体积分数，则氨气的体积分数增大，故正确；c．正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，氨气的体积分数减小，故T1>T2 ，故错误；d．升高温度平衡逆向移动，K值减小，A点温度大于C点，故KA<Kc，故正确。答案选bd；②镓的化学性质与铝相似。氮化镓性质稳定，不溶于水，但能缓慢溶解在热的NaOH溶液中，反应的离子方程式为GaN+3H2O+OH- NH3↑+Ga (OH)4-；（3）原电池中电子从负极流向正极，则铜电极为正极，正极上二氧化碳得电子生成甲烷，则铜电极表面的电极反应式为CO2+8H++8e-=CH4+2H2O；负极水失电子产生氧气，电极反应式为4H2O-8e-=2O2↑+8H+；两电极放出O2和CH4相同条件下的体积比为2:1；电解质溶液显酸性，必须加入酸，盐酸中的氯离子失电子产生氯气，应该选硫酸。