Question

【題目】(1)已知：As(s)＋H2(g)＋2O2(g)===H3AsO4(s)　ΔH1

H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2

2As(s)＋O2(g)===As2O5(s)　ΔH3

則反應As2O5(s)＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)的ΔH＝____________________。

(2)下圖是通過熱化學循環在較低溫度下由水或硫化氫分解制備氫氣的反應系統原理。

通過計算，可知系統(Ⅰ)和系統(Ⅱ)制氫的熱化學方程式分別為__________________、_____________，制得等量H2所需能量較少的是________。

(3)N2與H2反應生成NH3的過程中能量變化曲線如圖所示。若在一個固定容積的密閉容器中充入1 mol N2和3 mol H2，使反應N2＋3H22NH3達到平衡，測得反應放出熱量為Q1。填寫下列空白：

①Q1____________________92 kJ。

②b曲線是______________時的能量變化曲線。

③上述條件下達到平衡時H2的轉化率為_______________。

④在溫度體積一定的條件下，若通入2 mol N2和6 mol H2反應后放 出的熱量為Q2 kJ，則2Q1與Q2的關系為____________________。

Answer 1

【答案】2ΔH1-3ΔH2-ΔH3 H2O(l)=H2(g)+ O2(g) △H=+286 kJ/mol H2S (g)=H2(g)+S(s) △H=+20 kJ/mol 系統II < 加催化劑 Q2>2Q1

【解析】

(1)已知：①As(s)＋H2(g)＋2O2(g)=H3AsO4(s)　ΔH1

②H2(g)＋O2(g)=H2O(l)　ΔH2

③2As(s)＋O2(g)=As2O5(s)　ΔH3

根據蓋斯定律，由①×2-②×3-③可得反應As2O5(s)＋3H2O(l)=2H3AsO4(s) ΔH＝2ΔH1-3ΔH2-ΔH3；

(2)①H2SO4(aq)=SO2(g)+H2O(l)+ O2(g) △H1=＋327 kJ/mol

②SO2(g)+I2(s)+ 2H2O(l)=2HI(aq)+ H2SO4(aq) △H2=－151 kJ/mol

③2HI(aq)= H2 (g)+ I2(s) △H3=＋110 kJ/mol

④H2S(g)+ H2SO4(aq)=S(s)+SO2(g)+ 2H2O(l) △H4=＋61 kJ/mol

①+②+③，整理可得系統（I）的熱化學方程式H2O(l)=H2(g)+ O2(g) △H=+286 kJ/mol；

②+③+④，整理可得系統（II）的熱化學方程式H2S (g)=H2(g)+S(s) △H=+20 kJ/mol。

根據系統I、系統II的熱化學方程式可知：每反應產生1 mol氫氣，后者吸收的熱量比前者少，所以制取等量的H2所需能量較少的是系統II；

（3）①由圖可知反應的熱化學方程式為：N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=508 kJmol-1-600 kJmol-1=-92kJmol-1，N2與H2反應生成NH3的反應為可逆反應，反應為不能完全轉化為生成物，即1mol N2和3mol H2不能完全反應生成1molNH3，則反應放出的熱量值Q1<92 kJ；

②加催化劑降低反應的活化能，所以圖中b曲線代表加入了催化劑；

③設轉化的氫氣為xmol，

N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=-92kJmol-1

3mol 92kJ

xmol Q1kJ

則x= mol

所以 達平衡時H2的轉化率為=；

④向密閉容器中通入1mol N2和3mol H2，不可能完全轉化，所以達到平衡時放出熱量Q1kJ；另一容積相同的密閉容器中通入2mol N2和6mol H2，達到平衡時若與原平衡相同，則放出熱量應該是2Q1kJ，通入2mol N2和6mol H2的壓強比通入1mol N2和3mol H2的大了，平衡還會向正向移動，放出的熱量還會增大，即Q2>2Q1。