Question

實(shí)施以減少能源浪費(fèi)和降低廢氣排放為基本內(nèi)容的節(jié)能減排政策，是應(yīng)對(duì)全球氣候問(wèn)題、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇．化工行業(yè)的發(fā)展必須符合國(guó)家節(jié)能減排的總體要求．如圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分，試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決下列問(wèn)題：

（1）該產(chǎn)業(yè)鏈中屬于高中階段常見(jiàn)的在低溫下能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是：

N₂+3H₂?2NH₃或NH₃+HNO₃═NH₄NO₃

（2）已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應(yīng)的平衡表達(dá)式為：
K=

c(H2)c(CO)

c(H2O)

它所對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)為：

C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）

（3）已知在一定溫度下，
C（s）+CO₂（g）?2CO（g）平衡常數(shù)K₁；
CO（g）+H₂O（g ）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常數(shù)K₂；
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）  平衡常數(shù)K₃；
則K₁、K₂、K₃之間的關(guān)系是：

K₃=K₁×K₂

．
（4）煤化工通常通過(guò)研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實(shí)際問(wèn)題．已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

該反應(yīng)的正反應(yīng)方向是

放熱

反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），若在500℃時(shí)進(jìn)行，設(shè)起始時(shí)CO和H2O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為：

75%

．
（5）從圖1看出氨催化氧化可以制硝酸，此過(guò)程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．已知NO₂和N₂O₄的結(jié)構(gòu)式分別是和．實(shí)驗(yàn)測(cè)得N-N鍵鍵能為167kJ?mol^-1，NO₂中氮氧鍵的鍵能為466kJ?mol^-1，N₂O₄中氮氧鍵的鍵能為438.5kJ?mol^-1．請(qǐng)寫出NO₂轉(zhuǎn)化為N₂O₄的熱化學(xué)方程式

2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-57kJ?mol^-1

．對(duì)反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g），在溫度為T₁、T₂時(shí)，平衡體系中NO₂的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖2所示．下列說(shuō)法正確的是

D

．
A．A、C兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：A＞C
B．A、C兩點(diǎn)氣體的顏色：A深，C淺
C．B、C兩點(diǎn)的氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量：B＜C
D．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法
（6）0.2mol/L的NaOH與0.4mol/L的上述產(chǎn)業(yè)鏈中一產(chǎn)品化肥硝酸銨溶液等體積混合后，溶液中所有分子和離子（ 除水和氨分子外）等微粒從大到小的順序是

c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（NH₃?H₂O）＞c（OH^-）＞c（H⁺）

．
（7）以上述產(chǎn)業(yè)鏈中甲醇為燃料制成燃料電池，請(qǐng)寫出在氫氧化鉀介質(zhì)中該電池的負(fù)極反應(yīng)式

CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O

．

Answer 1

分析：（1）生產(chǎn)氨氣的反應(yīng)放出大量的熱，△G＜0能自發(fā)進(jìn)行；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)的定義判斷反應(yīng)的方程式；
（3）根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式推斷；
（4）根據(jù)溫度變化平衡常數(shù)的變化判斷溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，進(jìn)而判斷反應(yīng)熱，利用三段式法計(jì)算轉(zhuǎn)化率；
（5）根據(jù)反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的總鍵能減去生成物的總鍵能計(jì)算反應(yīng)熱，從平衡移動(dòng)的角度分析各物理量的變化；
（6）考慮氨水為弱電解質(zhì)，從弱電解質(zhì)的電離和鹽類的水解兩個(gè)角度比較離子濃度的大��；
（7）甲醇具有還原性，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成碳酸根離子，以此書(shū)寫電極反應(yīng)式．

解答：解：（1）生產(chǎn)氨氣的反應(yīng)放出大量的熱，△G＜0能自發(fā)進(jìn)行，氨水呈堿性，與酸發(fā)生中和反應(yīng)，屬于放熱反應(yīng)，在低溫下易進(jìn)行，故答案為：N₂+3H₂2NH₃或NH₃+HNO₃═NH₄NO₃；
（2）平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，平衡常數(shù)中，分子為生成物，分母為反應(yīng)物，所以該反應(yīng)的方程式為：C（s）+H₂O（g） CO（g）+H₂（g），故答案為：C（s）+H₂O（g） CO（g）+H₂（g）；
（3）根據(jù)化學(xué)方程式可知：K₁=

c2(CO)

c(CO2)

，K₂=

c(H2)×c(CO2)

c(CO)×c(H2O)

，K₃=

c(CO)×c(H2)

c(H2O)

，
所以：K₃=

c(H2)×c(CO2)

c(CO)×c(H2O)

×

c2(CO)

c(CO2)

=

c(CO)×c(H2)

c(H2O)

=K₁×K₂，故答案為：K₃=K₁×K₂；
（4）由表中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高，平衡常數(shù)減小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，說(shuō)明正反應(yīng)為讓熱反應(yīng)，
設(shè)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化的CO為xmol/L，
利用三段式法計(jì)算：
            CO（g）+H₂O（g） H₂（g）+CO₂（g），
起始：0.020mol/L     0.020mol/L        0      0
轉(zhuǎn)化：xmol/L         xmol/L          x mol/L  x mol/L 
平衡：（0.02-x）mol/L：（0.02-x）mol/L  xmol/L xmol/L
則有：

x?x

(0.020-x)?(0.020-x)

=9
解之得：x=0.015，
所以轉(zhuǎn)化率為：

0.015

0.02

×100%=75%，故答案為：放熱，75%；
（5）反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的總鍵能減去生成物的總鍵能，則反應(yīng)熱為：
2×2×466KJ/mol-（167KJ/mol+4×438.5KJ/mol）=-57KJ/mol，
反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2NO₂（g） N₂O₄（g）△H=-57 kJ?mol^-1；
對(duì)反應(yīng)N₂O₄（g）2NO₂（g），在溫度為T₁、T₂時(shí)，平衡體系中NO₂的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖2所示．則
A．A點(diǎn)壓強(qiáng)小于C點(diǎn)的壓強(qiáng)，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越大，則反應(yīng)速率：A＜C，故A錯(cuò)誤；
B．增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，但濃度的增大幅度大于轉(zhuǎn)化的程度，所以C點(diǎn)濃度大，顏色深，故B錯(cuò)誤；
C．B、C兩點(diǎn)二氧化氮的體積分?jǐn)?shù)相同，則混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量相同，故C錯(cuò)誤；
D．在相同壓強(qiáng)下，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則二氧化氮的體積分?jǐn)?shù)增大，所以由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法，故D正確，
故答案為：2NO₂（g） N₂O₄（g）△H=-57 kJ?mol^-1； D；
（6）0.2mol/L的NaOH與0.4mol/L的上述產(chǎn)業(yè)鏈中一產(chǎn)品化肥硝酸銨溶液等體積混合后，設(shè)溶液的體積為1L，則反應(yīng)后溶液中含有n（NO₃^-）=0.4mol，n（Na⁺）=0.2mol，
n（NH₄⁺）=0.2mol，n（NH₃?H₂O）=0.2mol，反應(yīng)溶液呈堿性，NH₃?H₂O繼續(xù)電離出NH₄⁺離子，則c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（NH₃?H₂O），由于弱電解質(zhì)的電離程度較小，
則c（NH₃?H₂O）＞c（OH^-），溶液呈堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），
所以c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（NH₃?H₂O）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（NH₃?H₂O）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（7）甲醇具有還原性，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成碳酸根離子，反應(yīng)的電極反應(yīng)式為CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及知識(shí)點(diǎn)較多，難度較大，易錯(cuò)點(diǎn)為（1）和（6），注意把握比較溶液離子濃度的方法．