Question

【題目】（1）工業上嘗試用太陽能分解水制取H2，其過程如下:

已知:2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) △H=+571.6kJ/mol

2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) △H=+313.8kJ/mol

①過程I中，需將O2及時分離出去，目的是_________。

②過程II的熱化學方釋式是_________。

③整個過程中，Fe3O4的作用是_________。

（2）工業上利用H2合成氫的反應原理為:3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)。現有甲、乙兩個容積為1L的密閉容器.在相同條件下，按不同的反應物投入量進行合成氫反應相關數據如下表示:

容器	甲	乙
反應物投入量	2molH2、2molN2	4malH2.4molN2
平衡時N2的濃度(mol/L)	c1=1.5	c2
NH3的體積分數	ω1	ω2
混合氣體的密度(g/L)	ρ1	ρ2

①下列情況下，反應達到平衡狀態的是_____(填序號)

a.3molH-H共價鍵斷裂同時有6molN-H共價鍵形成

b.3v正(N2)=v逆(H2)

c.混合氣體的平均相對分子質量保持不變

②反應的平衡常數K=_______(結果保留3位有效數字).

③分析上表中的數據，有以下關系:c2________3mol/L；ω1________ω2(填“>”、“<”、“=”)；若ρ1=ag/L，則ρ2________g/L(用含a的式子表示)

（3）利用氨水吸收工業廢氣中的SO2，既可解決環境問題，又可制備(NH4)2SO3。可用(NH4)2SO3為原料，以空氣氧化法制備(NH4)2SO4，其氧化速率與溫度關系如下圖:

試解釋在溫度較高時，(NH4)2SO3氧化速率下降的原因是_________。

Answer 1

【答案】 提高Fe3O4的轉化率 3FeO (s)+H2O (l)＝Fe3O4 (s)+H2 (g) ΔH＝+128.9kJ·mol-1 催化劑 bc 5.33 ＜ ＜ 2a 溫度過高(NH4)2SO3會分解，濃度減小(或溫度升高氧氣在溶液中溶解度降低)

【解析】(1)①過程I的反應中，分離出O2，可以使反應正向移動，提高Fe3O4的轉化率。

②過程II反應物為FeO 和H2O ，生成物為Fe3O4 和H2，

已知i.2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) △H=+571.6kJ/mol

ii.2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) △H=+313.8kJ/mol

根據蓋斯定律，（i-ii）得，3FeO (s)+H2O (l)＝Fe3O4 (s)+H2 (g) ΔH＝+128.9kJ·mol-1

③整個過程總反應是水的分解反應，Fe3O4的作用是催化劑。

（2）a.3molH-H共價鍵斷裂同時有6molN-H共價鍵形成，表示的都是正反應速率，無法判斷正逆反應速率是否相等，a錯誤；b.達到平衡時3v正(N2)=v逆(H2)，b正確；c.混合氣體的平均相對分子質量保持不變，說明氣體的物質的量不變，達到平衡狀態，c正確；本題答案為bc。

②用“三行式”求平衡時濃度，

3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)

起始濃度（mol/L） 2 2 0

變化濃度（mol/L）1.5 0.5 1

平衡濃度（mol/L）0.5 1.5 1

K==5.33

③甲、乙等溫等容，起始投料乙是甲的二倍，可以假想乙是兩個分別進行的甲，再合二為一，這就等同于加壓，平衡正向移動，因甲平衡時N2的濃度為c1=1.5，則乙平衡時N2的濃度c2<21.5mol/L，即c2<3mol/L；NH3的體積分數ω1<ω2；若ρ1=ag/L，體積不變，混合氣體的質量乙是甲的二倍，根據則ρ2=2ag/L。

（3）由圖中曲線可知，溫度超過60℃，氧化速率反而降低，原因是溫度過高(NH4)2SO3會分解，濃度減小，也可能是溫度升高氧氣在溶液中溶解度降低。因此，本題答案為溫度過高(NH4)2SO3會分解，濃度減小(或溫度升高氧氣在溶液中溶解度降低)。