Question

如圖1是煤化工產業鏈的一部分，試運用所學知識，解決下列問題：
（1）該產業鏈中合成氨的反應在較低溫下能否自發進行？

可以

．
（2）已知該產業鏈中某反應的平衡表達式為：K=

C(H2)C(CO)

C(H2O)

，它所對應的化學反應為：

C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；

．
（3）已知在一定溫度下，各反應的平衡常數如下：
C（s）+CO₂（g）?2CO（g），K₁
CO（g）+H₂O（g?H₂（g）+CO₂（g），K₂
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），K₃
則K₁、K₂、K₃之間的關系是：

K₃=K₁×K₂

．
（4）煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數以解決各種實際問題．已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進入反應器時，會發生如下反應：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應平衡常數隨溫度的變化如下：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數K	9.94	9	1

該反應的正反應方向是

放熱

反應（填“吸熱”或“放熱”），若在500℃時進行，設起始時CO和H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，CO的平衡轉化率為：

75%

．
（5）從圖中看出氨催化氧化可以制硝酸，此過程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．已知NO₂和N₂O₄的結構式分別是和．已知N-N鍵鍵能為167kJ?mol^-1，NO₂中氮氧鍵的鍵能為466kJ?mol^-1，N₂O₄中氮氧鍵的鍵能為438.5kJ?mol^-1．請寫出NO₂轉化為N₂O₄的熱化學方程式為

2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57kJ?mol^-1

．對反應N₂O₄（g）?2NO₂（g），在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數隨壓強變化曲線如圖2所示．下列說法正確的是

D

．
A．A、C兩點的反應速率：A＞C
B．A、C兩點氣體的顏色：A深，C淺
C．B、C兩點的氣體的平均相對分子質量：B＜C
D．由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法
（6）以上述產業鏈中甲醇為燃料制成燃料電池，請寫出在氫氧化鉀介質中該電池的負極反應式

CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；

．

Answer 1

分析：（1）生產氨氣的反應放出大量的熱，△H＜0，△S＜O，△G=△H-T△S＜0能自發進行；
（2）根據平衡常數的定義判斷反應的方程式，注意固體和純液體不在表達式中；
（3）根據平衡常數的表達式推斷；
（4）根據溫度變化平衡常數的變化判斷溫度對化學平衡移動的影響，進而判斷反應熱，利用三段式法計算轉化率；
（5）根據反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能計算反應熱，從平衡移動的角度分析各物理量的變化；
（6）甲醇具有還原性，在負極上發生氧化反應生成碳酸根離子，以此書寫電極反應式．

解答：解：（1）生產氨氣的反應：N₂+3H₂?2NH₃放出大量的熱，△H＜0，△S＜O，所以在低溫下易進行△G=△H-T△S＜0能自發進行，故答案為：可以；
（2）平衡常數為生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，平衡常數中，分子為生成物，分母為反應物，所以該反應的方程式為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（3）根據化學方程式可知：K₁=

c2(CO)

c(CO2)

，K₂=

c(H2)×c(CO2)

c(CO)×c(H2O)

，K₃=

c(CO)×c(H2)

c(H2O)

，
所以K₃=

c(H2)×c(CO2)

c(CO)×c(H2O)

×

c2(CO)

c(CO2)

=

c(CO)×c(H2)

c(H2O)

=K₁×K₂，
故答案為：K₃=K₁×K₂；
（4）由表中數據可知，隨著溫度的升高，平衡常數減小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，說明正反應為讓熱反應，設平衡時轉化的CO為xmol/L，
利用三段式法計算：
                 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：0.020     0.020     0         0
轉化（mol/L）：x        x          x         x 
平衡（mol/L）：0.02-x    0.02-x    x         x
則有K

c(H2)×c(CO2)

c(CO)×c(H2O)

=

x?x

(0.020-x)?(0.020-x)

=9
解之得：x=0.015，
所以轉化率為

0.015mol/L

0.02mol/L

×100%=75%，
故答案為：放熱，75%；
（5）反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能，則反應熱為：△H=-2×2×466KJ/mol-（167KJ/mol+4×438.5KJ/mol）=-57KJ/mol，反應的熱化學方程式為：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57 kJ?mol^-1；
對于反應N₂O₄（g）?2NO₂（g），在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數隨壓強變化曲線如圖2所示．則
A．A點壓強小于C點的壓強，壓強越大，反應速率越大，則反應速率：A＜C，故A錯誤；
B．增大壓強，平衡向正反應移動，但濃度的增大幅度大于轉化的程度，所以C點濃度大，顏色深，故B錯誤；
C．B、C兩點二氧化氮的體積分數相同，則混合氣體的平均相對分子質量相同，故C錯誤；
D．在相同壓強下，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，則二氧化氮的體積分數增大，所以由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法，故D正確，
故答案為：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57 kJ?mol^-1； D；
（6）甲醇具有還原性，在負極上發生氧化反應生成碳酸根離子，反應的電極反應式為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；

點評：本題考查較為綜合，涉及知識點較多，難度較大，易錯點為（1），根據△G=△H-T△S＜0能自發進行．