Question

【題目】氨在國防、工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。工業(yè)以甲烷為原料生產(chǎn)氨氣的過程如下：

（1）過程Ⅰ中，有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的能量變化如下圖所示

反應(yīng)①為___________（“吸熱”或“放熱”），CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CO(g)和H2 (g)的熱化學(xué)方程式是________________。

(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)3]CH3COOCO(1)，

①N元素在周期表中的位置為__________，NH3的電子式為__________。

②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__________(選填字母)。

a．高溫、高壓 b．高溫、低壓 c．低溫、低壓 d．低溫、高壓

(3)合成NH3的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，如果該反應(yīng)平衡時(shí)，只改變一個(gè)條件，再次達(dá)到新平衡時(shí)，平衡常數(shù)K值變大。關(guān)于該反應(yīng)的說法正確的是__________(填字母序號(hào))。

A.一定向正反應(yīng)方向移動(dòng) B.在平衡移動(dòng)時(shí)正反應(yīng)速率先增大再減小

C.一定向逆反應(yīng)方向移動(dòng) D.在平衡移動(dòng)時(shí)逆反應(yīng)速率先減小再增大

(4)400℃，28MPa時(shí)，將1molN2和3mol H2混合充入體積可變的密閉容器中，加入催化劑，10分鐘后反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)N2轉(zhuǎn)化率為60%。該溫度下的平衡常數(shù)Kp=__________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(5)一種直接供氨式固體氧化物燃料電池能量轉(zhuǎn)化率達(dá)85％，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示：

①負(fù)極的電極反應(yīng)式是_____________。

②用該電池電解300mL的飽和食鹽水。一段時(shí)間后，溶液pH=13(忽略溶液體積的變化)，則消耗NH3溶液的體積是_____L。(標(biāo)準(zhǔn)狀況)

Answer 1

【答案】 吸熱 CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2 (g) △ H = +118.1kJ/mol 第二周期第ⅤA族 b AD 0.021(MPa)-2 或(MPa)-2 2NH3 -6e- + 3O2- =N2 + 3H2O 0.224L

【解析】（1）由圖可得熱化學(xué)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，根據(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）①N元素在元素周期表中位于第二周期第VA族，NH3的電子式為：，故答案為：第二周期第VA族；；②吸收CO后的乙酸二氨合銅溶液經(jīng)過適當(dāng)處理后又可再生，回復(fù)其吸收CO的能力以供循環(huán)使用，依據(jù)化學(xué)平衡[Cu(NH3)2CH3COO](aq)+CO(g)+NH3(g)[Cu(NH3)3]CH3COOCO(1)，H<0，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，平衡逆向進(jìn)行是再生原理，故再生適宜條件是高溫低壓，答案為：b。

（3）化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)，該反應(yīng)平衡時(shí)，如果只改變一個(gè)條件，再次達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)K值變大，說明溫度降低，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，逆反應(yīng)速率先減小再增大，故AD正確

（4）10分鐘后反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)N2轉(zhuǎn)化率為60%，則反應(yīng)的N2的物質(zhì)的量為0.6mol，列三段式：

氮?dú)狻�氫氣、氨氣的平衡分壓分別為 ×28MPa=4MPa，12MPa，12MPa，所以平衡常數(shù)Kp= = (MPa)-2。

（5）①此燃料電池中，負(fù)極為NH3發(fā)生氧化反應(yīng)，與固體電解質(zhì)中的O2-生成N2和H2O，電極反應(yīng)式：2NH3-6e-+3O2-=N2+3H2O。②電解后溶液pH=13，則OH-濃度為0.1mol/L，溶液體積0.3L，則OH-物質(zhì)的量為0.03mol，故電解過程中轉(zhuǎn)移的電子為0.03mol，由電子守恒和電極反應(yīng)式2NH3-6e-+3O2-=N2+3H2O可知，消耗的NH3為0.01mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.224L。