Question

【題目】能源是現代文明的原動力，通過化學方法可以使能量按人們所期望的形式轉化，從而開辟新能源和提高能源的利用率，請回答下列問題。

(1)工業合成氨反應：N2+3H2 2NH3是放熱的可逆反應，反應條件是高溫、高壓，并且需要合適的催化劑。已知1 mol N2完全反應生成NH3可放出92 kJ熱量。如果將10 mol N2和足量H2混合，使其充分反應，放出的熱量________(填“大于”、“小于”或“等于”)920kJ。

(2)實驗室模擬工業合成氨時，在容積為2 L的密閉容器內，反應經過10 min后，生成10 mol NH3

①則用N2表示的化學反應速率為__________________。

②一定條件下，當該反應進行到最大限度時，下列說法正確的是______(填編號)

a.N2的轉化率達到最大值

b.N2、H2和NH3的體積分數之比為1 : 3 : 2

c.體系內氣體的密度保持不變

d.體系內物質的平均相對分子質量保持不變

(3)某實驗小組同學進行如下圖所示實驗，以檢驗化學反應中的能量變化。請根據你掌握的反應原理判斷，②中的溫度_______(填“升高”或“降低”)。反應過程____(填“①”或“②”)的能量變化可用圖表示。

(4)用CH4和O2組合形成的質子交換膜燃料電池的結構如圖：

①則d電極是____(填“正極” 或“負極”)，c電極的電極反應式為_____________________________。

②若線路中轉移2 mol電子，則該燃料電池理論上消耗的O2在標準狀況下的體積為______L。

Answer 1

【答案】小于 0.25mol/(L·min) ad 降低 ① 正極 CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ 11.2

【解析】

（1）依據合成氨的反應是可逆反應作答；

（2）①根據，結合反應速率之比等于系數之比求算；

②化學平衡狀態是正逆反應速率相等，各組分濃度保持不變的狀態，反應達到最大限度，據此分析；

（3）Al與鹽酸反應放出熱量，Ba（OH）28H2O與NH4Cl反應吸收熱量，圖2中反應物總能量大于生成物總能量，為放熱反應；

（4）①依據原電池工作圖中電子流出的方向判斷正負極；

②根據電極反應式列出關系式計算氧氣的消耗量；

（1）合成氨是可逆反應,反應物不能完全轉化，所以將10 mol N2和足量H2混合，使其充分反應，放出的熱量小于920kJ；

（2）①，又因為化學反應中，各物質表示的反應速率之比等于其系數之比，則v(N2)=v(NH3)= ×0.5mol/(Lmin) = 0.25mol/(Lmin)，

故答案為：0.25mol/(Lmin)；

②a.N2的轉化率達到最大值，則說明反應達到平衡狀態，a項正確；

b. N2、H2和NH3的體積分數之比為1 : 3 : 2，不能說明各物質的濃度保持不變，無法說明反應達到平衡狀態，b項錯誤；

c.體系內氣體的總質量保持不變，總體積保持不變，則氣體的密度始終保持不變，因此密度不變不能說明反應達到平衡狀態，c項錯誤；

d. 因反應是氣體分子數減小的體系，體系內氣體的總質量保持不變，若物質的平均相對分子質量保持不變時，則氣體的總物質的量保持不變，可說明反應達到平衡狀態，d項正確；

故答案選ad；

（3）Ba（OH）28H2O與NH4Cl反應吸收熱量，則反應后②中的溫度降低；Al與鹽酸反應放出熱量，又從圖中能量變化圖可以看出，反應物的總能量高于生成物的總能量，則可表示反應①的能量變化；

（4）①因c是電子流出的一極，則c為負極，d為正極，甲烷具有還原性，在負極上發生氧化反應生成CO2，電極反應式為：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+，故答案為：正極；CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+

②原電池中正極電極反應為2O2+8H++8e-=4H2O，當轉移2mol電子時，則消耗氧氣物質的量為0.5mol，體積為0.5mol×22.4L/mol=11.2 L。