Question

12．氨在國防、工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用．
（1）工業(yè)以甲烷為原料生產(chǎn)氨氣的過程如下：甲烷$\stackrel{Ⅰ}{→}$氫氣$\stackrel{Ⅱ}{→}$氨氣
①過程Ⅰ中，有關(guān)化學反應(yīng)的能量變化如圖所示

反應(yīng)①為吸熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學方程式是CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+118.1KJ/mol．????????
（2）CO可降低過程Ⅱ所用催化劑的催化效率，常用乙酸二氨合銅（Ⅰ）溶液吸收，其反應(yīng)原理為：
[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（aq）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH₃）₂]CH₂COO•CO（1），所得溶液經(jīng)處理的又可再生，恢復(fù)其吸收CO能力，再生的適宜條件是b．（選填字母）．
a．高溫、高壓  b．高溫、低壓  c．低溫、低壓  d．低溫、高壓
⑤下表是過程Ⅱ中，反應(yīng)物的量相同時，不同條件下平衡體系中氨的體積分數(shù)

	15.2MPa	20.3MPa	30.4MPa
400℃	32.8%	38.8%	48.2%
450℃	22.4%	27.5%	35.9%
500℃	14.9%	18.8%	25.8

Ⅰ．根據(jù)表中數(shù)據(jù)，得出的結(jié)論是氮氣和氫氣生成氨氣的反應(yīng)是正反應(yīng)氣體體積減小的放熱反應(yīng)．
Ⅱ．恒溫時，將N₂和H₂的混合氣體充入2L密閉容器中，10分鐘后反應(yīng)達到平衡時n（N₂）=0.1mol，
n（H₂）=0.3mol．下列圖象能正確表示該過程中相關(guān)量的變化的是ab．（選填字母）．

（3）直接供氨式固體氧化物燃料電池能量轉(zhuǎn)化效率達到85%，結(jié)構(gòu)示意圖如圖：

①負極的電極反應(yīng)式是2NH₃-6e^-+3O^2-=N₂+3H₂O．
②用該電池電解300moL的飽和食鹽水．一段時間后，溶液pH為13（忽略溶液體積的變化），則消耗NH3的體積是0.224L．（標準狀況）．

Answer 1

分析 （1）據(jù)圖分析，反應(yīng)①的反應(yīng)物能量低于生成物，反應(yīng)吸熱，熱化學方程式為：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+76.9KJ/mol，反應(yīng)②反應(yīng)物能量高于生成物，反應(yīng)放熱，熱化學方程式為CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2KJ/mol，結(jié)合蓋斯定律書寫CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學方程式；
（2）該反應(yīng)是反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動方向分析判斷需要的條件；
Ⅰ、根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，相同溫度時，氨氣體積分數(shù)隨壓強變化和相同壓強時氨氣體積分數(shù)隨溫度變化即定一議二原則分析；
Ⅱ、恒溫時，將N₂和H₂的混合氣體充入2L密閉容器中，10分鐘后反應(yīng)達到平衡時n（N₂）=0.1mol，
n（H₂）=0.3mol，反應(yīng)放熱，隨反應(yīng)減小速率減慢，放熱減少，容器體積不變，混合氣體密度不變，反應(yīng)正向進行，混合氣體質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量減少，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，但開始不為0，據(jù)此分析；
（3）負極發(fā)生氧化反應(yīng)，氨氣被氧化生產(chǎn)氮氣，氧氣被還原生成水，據(jù)電子守恒計算需要氨氣體積，此解答即可．

解答 解：（1）據(jù)圖熱化學方程式為：①CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+76.9KJ/mol，②CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2KJ/mol，據(jù)蓋斯定律①-②得：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+118.1KJ/mol，故答案為：吸熱；CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+118.1KJ/mol；
（2）吸收CO后的乙酸銅氨液經(jīng)過適當處理后又可再生，恢復(fù)其吸收CO的能力以供循環(huán)使用，依據(jù)化學平衡[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（l）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH₃）₃]CH₃COO•CO（l）；△H＜0，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，平衡逆向進行是再生的原理，再生的適宜條件是高溫低壓；
故答案為：b；
Ⅰ、依據(jù)定一議二原則，溫度相同時，氨氣體積分數(shù)隨壓強的增大而增大，說明加壓平衡正向移動，壓強相同時，氨氣體積分數(shù)隨溫度的升高而減小，說明升溫平衡逆向移動，正反應(yīng)放熱，故答案為：氮氣和氫氣生成氨氣的反應(yīng)是正反應(yīng)氣體體積減小的放熱反應(yīng)；
Ⅱ、恒溫時，將N₂和H₂的混合氣體充入2L密閉容器中，10分鐘后反應(yīng)達到平衡時n（N₂）=0.1mol，
n（H₂）=0.3mol，反應(yīng)放熱，隨反應(yīng)減小速率減慢，放熱減少，容器體積不變，混合氣體密度不變，反應(yīng)正向進行，混合氣體質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量減少，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，但開始不為0，故答案為：ab；
（3）①負極發(fā)生氧化反應(yīng)，氨氣被氧化生產(chǎn)氮氣，氧氣被還原，電解質(zhì)為固態(tài)氧化物說明氧氣被還原為氧離子，負極的電極反應(yīng)式為：2NH₃-6e^-+3O^2-=N₂+3H₂O，故答案為：2NH₃-6e^-+3O^2-=N₂+3H₂O；
②電解300moL的飽和食鹽水，一段時間后，溶液pH為13，生成n（OH^-）=0.3L×0.1mol/L=0.03mol，據(jù)電解方程式2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，每生成2molNaOH，轉(zhuǎn)移2mol電子，所以轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.03mol，結(jié)合2NH₃-6e^-+3O^2-=N₂+3H₂O，需要反應(yīng)氨氣0.01mol，標準狀況下體積為0.224L，故答案為：0.224．

點評 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、工業(yè)生產(chǎn)條件選擇、平衡移動、電極反應(yīng)式書寫、電化學計算，題目難度較大．