Question

20．（1）用甲烷制氫是一種廉價(jià)的制氫方法．有關(guān)的熱化學(xué)方程式如下：
CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO（g）+2H₂（g）；△H=-36kJ/mol…①
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）；△H=+216kJ/mol…②
①下列說(shuō)法正確的是C、D．
A．2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H=+504kJ/mol
B．當(dāng)反應(yīng)①中υ（CH₄）_正=υ（CO）_正時(shí)，表明該反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)
C．其它條件不變時(shí)，增大體系壓強(qiáng)，反應(yīng)①②中甲烷的轉(zhuǎn)化率均減小
D．為維持恒定溫度（不考慮熱量損失），某反應(yīng)器中同時(shí)發(fā)生反應(yīng)①與②時(shí)，消耗甲烷的物質(zhì)的量之比為6：1
②某溫度下，在100L反應(yīng)器中充入甲烷和水蒸汽的物質(zhì)的量分別為100mol和300mol時(shí)，假定只發(fā)生反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．當(dāng)甲烷的轉(zhuǎn)化率為0.5時(shí)，此時(shí)平衡常數(shù)為1.35．
（2）發(fā)藍(lán)液是由NaNO₃、NaNO₂及NaOH配成的，在加熱條件下，通過(guò)三步反應(yīng)使鐵表面生成一層致密的Fe₃O₄：
3Fe+NaNO₂+5NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Na₂FeO₂+H₂O+NH₃↑…①；
8Fe+3NaNO₃+5NaOH+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Na₂Fe₂O₄+3NH₃↑…②；
以及第三步生成四氧化三鐵．請(qǐng)補(bǔ)充第三步反應(yīng)的方程式并配平：Na₂FeO₂+Na₂Fe₂O₄+2H₂O=Fe₃O₄↓+4NaOH．
（3）將固體草酸錳MnC₂O₄•2H₂O放在一個(gè)可以稱(chēng)出質(zhì)量的容器里加熱．固體質(zhì)量隨溫度的變化關(guān)系如圖所示（質(zhì)量單位為g）：則214℃時(shí)，剩余固體的成分為MnC₂O₄．（填化學(xué)式）；在280℃時(shí)，剩余固體的成分為MnO．（填化學(xué)式）

Answer 1

分析 （1）①A．由反應(yīng)②-①可計(jì)算H₂O（g）=H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）的△H，氣態(tài)水的能量比液態(tài)水能量高；
B．速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，表明的是正反應(yīng)速率之比；
C．反應(yīng)均為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)；
D、維持恒定溫度，吸收與放出的熱量相等；
②CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開(kāi)始  1        3       0        0
轉(zhuǎn)化  0.5     0.5      0.5     1.5
平衡  0.5     2.5      0.5     1.5
K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；
（2）由①②及生成四氧化三鐵可知，Na₂FeO₂、Na₂Fe₂O₄發(fā)生反應(yīng)；
（3）由圖象中的數(shù)據(jù)可知，加熱到50℃不發(fā)生反應(yīng)，加熱到100℃～214℃時(shí)發(fā)生失去結(jié)晶水的反應(yīng)，質(zhì)量在減少，214℃～280℃發(fā)生分解反應(yīng)，根據(jù)發(fā)生的反應(yīng)計(jì)算，以此來(lái)分析．

解答 解：（1）①A．由反應(yīng)②-①可計(jì)算H₂O（g）=H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）的△H=+252kJ•mol^-1，則2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）△H=+504kJ•mol^-1，氣態(tài)水的能量比液態(tài)水能量高，故A錯(cuò)誤；
B．當(dāng)反應(yīng)①中υ（CH₄）_正=υ（CO）_正時(shí)，速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，為正反應(yīng)速率之比，不能表明該反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)均為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，所以反應(yīng)①②中甲烷的轉(zhuǎn)化率均減小，故C正確；
D、維持恒定溫度，吸收與放出的熱量相等，則反應(yīng)器中同時(shí)發(fā)生反應(yīng)①與②時(shí)，消耗甲烷的物質(zhì)的量之比為$\frac{216}{36}$=6：1，故D正確；
故答案為：CD；
②CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開(kāi)始   1       3        0       0
轉(zhuǎn)化 0.5      0.5      0.5      1.5
平衡 0.5      2.5      0.5      1.5
K=$\frac{0.5×1．{5}^{3}}{0.5×2.5}$=1.35；
故答案為：1.35；
（2）由①②及生成四氧化三鐵可知，Na₂FeO₂、Na₂Fe₂O₄發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)為Na₂FeO₂+Na₂Fe₂O₄+2H₂O=Fe₃O₄↓+4NaOH，
故答案為：Na₂FeO₂+Na₂Fe₂O₄+2H₂O=Fe₃O₄↓+4NaOH；
（3）假設(shè)晶體全部失去結(jié)晶水生成草酸錳質(zhì)量為x，
     MnC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnC₂O₄+2H₂O
     179           143
     1.000g         x
解得x≈0.8g，
依據(jù)圖象數(shù)值分析可知，214℃時(shí)，結(jié)晶水已全部失去，剩余固體的成分為MnC₂O₄，
280℃時(shí)，由固體質(zhì)量在減小，則草酸錳分解生成的是氧化錳和一氧化碳、二氧化碳，
設(shè)生成氧化錳質(zhì)量為y，
 MnC₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnO+CO₂↑+CO↑
143       71
0.8g       y
解得y≈0.4g，
則280℃時(shí)分解完全，剩余固體的成分為MnO；
故答案為：MnC₂O₄；MnO．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了反應(yīng)熱的計(jì)算、平衡狀態(tài)的判斷、K的有關(guān)計(jì)算、根據(jù)方程式的計(jì)算等，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力和計(jì)算能力，題目難度中等．