Question

氢气是新型能源和重要化工原料。

已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₁

②CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₂

③H₂（g）+ O₂（g）=H₂O（l）△H₂

（1）科学家提出一种利用天然气制备氢气的方法：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H，△H=__________，这种方法的推广与使用，不仅实现资源综合利用，而且还能解决环境问题是__________。

（2）氨气是重要化工原料，在国民经济中占重要地位。

①在恒温、容积相等的恒容密闭容器中投入一定量氮气、氢气，发生如下可逆反应：

N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1

实验测得起始、平衡时的有关数据如表所示：

容器编号	起始时各物质的物质的量/mol	平衡时反应中的能量变化
H2	N2	NH3
Ⅰ	3n	n	0	放出热量a kJ
Ⅱ	3n	2n	0	放出热量b kJ
Ⅲ	6n	2n	0	放出热量c kJ

下列判断正确的是__________。

A．N₂的转化率：Ⅱ＞I＞Ⅲ

B．放出热量：a＜b＜92.4n

C．达到平衡时氨气的体积分数：Ⅲ＞Ⅰ

D．平衡常数：Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅰ

②在密闭恒容容器中投入一定量氮气和氢气，混合气体中氨气体积分数和温度关系如图所示：

曲线TJ段变化主要原因是__________，JL段变化的主要原因是__________，氨气正反应速率：T点__________L点（填：大于、小于或等于）。

③在2L密闭容器中充入一定量的氨气，氨气的物质的量与反应时间关系如表所示：

时间/min	0	5	10	15	20	25	…
NH3/mol	2	1.0	0.5	0.25	0.24	0.24

在该条件下，前5分钟H₂平均反应速率为__________。

④常温下，在V mL的a mol•L^-1稀硫酸溶液中滴加b mol•L^-1稀氨水V mL恰好使混合溶液呈中性．此时，一水合氨的电离常数Kb=__________（用含a、b代数式表示）。

（3）氢气直接作燃料电池的理论输出电压为1.2V，能量密度E=__________（列式计算，精确到小数点后一位。提示：能量密度=电池输出电能/燃料质量，1kW·h=3.6×106J，常用单位为kW·h·kg^-1）。

Answer

（1）△H2-△H1-2△H3；减少二氧化碳排放，缓解温室效应；

（2）①BC；②平衡之前，反应向生成氨方向进行；该正反应是放热反应，平衡之后，升高温度，平衡向逆方向移动，促进氨分解，氨的体积分数减小；小于；③0.15mol/（L•min）；④；

（3）=32.2kW•h•kg-1

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律知，②-①-③×2得：CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g），所以CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H，△H=△H2-△H1-2△H3，这种方法的推广与使用，不仅实现资源综合利用，根据化学反应可知，甲烷将二氧化碳转化成有价值的合成气，还能解决环境问题是减少二氧化碳排放．故答案为：△H2-△H1-2△H3；甲烷将二氧化碳转化成有价值的合成气，减少二氧化碳排放；

（2）①A、实验I和III比较，实验III相当于实验I体积压缩一半，加压时平衡向正方向移动，N2转化率增大，III中氮气转化率大于I中氮气转化率；I、II实验中氢气量相等，氮气量越多，氮气转化率减小，I中氮气转化率大于II中氮气转化率，故III、I、II中氮气转化率依次增大，A错误；B、可逆反应的热化学方程式表示：1mol氮气和3mol氢气完全反应放出92.4kJ热量．根据可逆反应特点，3mol氢气和1mol氮气不能完全生成NH3．II生成的氨气量大于I，B项正确；C、如果平衡不移动，III中氨气量是I中2倍，氨气体积分数相等．在恒容条件下，I容器加压变成III，增大压强，平衡向生成NH3方向移动，氨体积分数增大，C正确；D、温度不变，平衡常数不变，三个容器中平衡常数相等，D错误，故选BC；

②TJ段未达到平衡，反应向生成氨方向进行，温度升高，反应加快，氨气体积分数增大；当J点达到平衡，JL段：该正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆方向移动，促进氨分解，氨的体积分数减小，L点温度高于T点温度，两点的各物质浓度相等，所以，L点氨的正反应速率较大，故答案为：平衡之前，反应向生成氨方向进行；该正反应是放热反应，平衡之后，升高温度，平衡向逆方向移动，促进氨分解，氨的体积分数减小；小于；

③在该条件下，前5分钟氨气平均反应速率为=0.1mol/（L•min），根据化学反应中速率之比等于系数之比，得出v（H2）=1.5v（NH3）==0.15mol/（L•min），故答案为：0.15mol/（L•min）；

④稀溶液总体积等于两种溶液体积之和．根据电荷守恒式c（NH4+）+c（H+）=c（OH-）+2c（SO42-），当溶液呈中性时c（H+）=c（OH-），推知：c（NH4+）=2c（SO42-），c（SO42-）=0.5a mol/L，c（NH4+）=a mol/L，c（H+）=c（OH-）=1.0×10-7mol/L，c（NH3•H2O）+c（NH4+）=0.5b mol/L，c（NH3•H2O）=（0.5b-a）mol/L，Kb===，故答案为：；

（3）H2-2e-+2OH-=2H2O，根据能量密度定义，E==32.2kW•h•kg-1，故答案为：=32.2kW•h•kg-1

考点：考查了热化学方程式；化学电源新型电池；化学平衡的影响因素的相关知识。