Question

13．工業(yè)上利用CO和水蒸氣在一定條件下發(fā)生反應(yīng)制取氫氣：
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
某小組研究在相同溫度下該反應(yīng)過程中的能量變化．他們分別在體積均為V L的兩個恒溫恒容密閉容器中加入一定量的反應(yīng)物，使其在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)．相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器編號	起始時各物質(zhì)物質(zhì)的量/mol				達到平衡的時間/min	達平衡時體系能量的變化/kJ
	CO	H2O	CO2	H2
①	1	4	0	0	t1		放出熱量：32.8 kJ
②	2	8	0	0	t2		放出熱量：Q

（1）該反應(yīng)過程中，反應(yīng)物分子化學鍵斷裂時所吸收的總能量小于（填“大于”、“小于”或“等于”）生成物分子化學鍵形成時所釋放的總能量．
（2）容器①中反應(yīng)達平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為80%．
（3）計算容器②中反應(yīng)的平衡常數(shù)k=1
（4）下列敘述正確的是a（填字母序號）．
a．平衡時，兩容器中H₂的體積分數(shù)相等
b．容器②中反應(yīng)達平衡狀態(tài)時，Q＞65.6kJ
c．反應(yīng)開始時，兩容器中反應(yīng)的化學反應(yīng)速率相等
d．容器①中，化學反應(yīng)速率為：v（H₂O）=$\frac{4}{{Vt}_{1}}$mol/（L•min）
（5）已知：2H₂ （g）+O₂ （g）=2H₂O （g）△H=-484kJ/mol，寫出CO完全燃燒生成CO₂的熱化學方程式：2CO（g）+O₂（g）﹦2CO₂（g）△H=-566kJ/mol．
（6）容器①中反應(yīng)進行到t min時，測得混合氣體中CO₂的物質(zhì)的量為0.6mol．若用200mL 5mol/L的NaOH溶液將其完全吸收，反應(yīng)的離子方程式為（用一個離子方程式表示）3CO₂+5OH^-═2CO₃^2-+HCO₃^-+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則斷鍵吸收的總能量小于成鍵放出的總能量；
（2）平衡時放出熱量為32.8 kJ，則參加反應(yīng)的CO為$\frac{32.8kJ}{41kJ/mol}$=0.8mol，進而計算CO轉(zhuǎn)化率；
（3）容器①、②溫度相同，平衡常數(shù)相同，根據(jù)容器①中消耗CO物質(zhì)的量，計算平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量，反應(yīng)前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度代入K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計算平衡常數(shù)；
（4）a．容器①、②中CO、H₂O起始物質(zhì)的量之比均為1：4，反應(yīng)前后氣體體積不變，恒溫恒容下二者為等效平衡，平衡時同種物質(zhì)的含量相等；
b．容器①、②為等效平衡，平衡時CO轉(zhuǎn)化率相等，計算容器②中反應(yīng)CO的物質(zhì)的量，結(jié)合熱化學方程式計算放出的熱量；
c．濃度越大，反應(yīng)速率越快；
d．由方程式可知生成的水的物質(zhì)的量等于消耗CO物質(zhì)的量，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂O）；
（5）已知：①CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （g）△H=-484kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②可得：2CO（g）+O₂（g）﹦2CO₂（g）；
（6）（6）容器①中反應(yīng)進行到t min時，測得混合氣體中CO₂的物質(zhì)的量為0.6mol，n（NaOH）=0.2L×5mol/L=1mol，1：2＜n（CO₂）：n（NaOH）=0.6：1=3：5＜1：1，故生成Na₂CO₃、NaHCO₃，根據(jù)鈉離子守恒、碳原子守恒列方程計算Na₂CO₃、NaHCO₃的物質(zhì)的量，進而書寫離子方程式．

解答 解：（1）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物分子化學鍵斷裂時所吸收的總能量小于生成物分子化學鍵形成時所釋放的總能量，
故答案為：小于；
（2）平衡時放出熱量為32.8 kJ，則參加反應(yīng)的CO為$\frac{32.8kJ}{41kJ/mol}$=0.8mol，則CO轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.8mol}{1mol}$×100%=80%，
故答案為：80%；
（3）容器①、②溫度相同，平衡常數(shù)相同，容器①中消耗CO物質(zhì)的量為0.8mol，則：
             CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1      4         0       0
變化量（mol）：0.8    0.8       0.8     0.8
平衡量（mol）：0.2    3.2       0.8     0.8
反應(yīng)前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，則K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.8×0.8}{0.2×3.2}$=1，
故答案為：1；
（4）a．容器①、②中CO、H₂O起始物質(zhì)的量之比均為1：4，反應(yīng)前后氣體體積不變，恒溫恒容下二者為等效平衡，兩容器中H₂的體積分數(shù)相等，故a正確；
b．容器①、②為等效平衡，平衡時CO轉(zhuǎn)化率相等，容器②中反應(yīng)CO的物質(zhì)的量為2mol×80%=1.6mol，放出的熱量為1.6mol×41kJ/mol=65.6kJ，故b錯誤；
c．容器②中反應(yīng)物起始濃度比①中的大，故容器②中開始反應(yīng)速率較快，故c錯誤；
d．由方程式可知生成的水的物質(zhì)的量等于消耗CO物質(zhì)的量，則v（H₂O）=$\frac{\frac{0.8mol}{VL}}{{t}_{1}min}$=$\frac{0.8}{V{t}_{1}}$mol/（L．min），故d錯誤，
故選：a；
（5）已知：①CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （g）△H=-484kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②可得：2CO（g）+O₂（g）﹦2CO₂（g）△H=-566kJ/mol，
故答案為：2CO（g）+O₂（g）﹦2CO₂（g）△H=-566kJ/mol； 
（6）容器①中反應(yīng)進行到t min時，測得混合氣體中CO₂的物質(zhì)的量為0.6mol，n（NaOH）=0.2L×5mol/L=1mol，1：2＜n（CO₂）：n（NaOH）=0.6：1=3：5＜1：1，故生成Na₂CO₃、NaHCO₃，設(shè)Na₂CO₃、NaHCO₃的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.6}\\{2x+y=1}\end{array}\right.$，解得x=0.4，y=0.2，故反應(yīng)離子方程式為：3CO₂+5OH^-═2CO₃^2-+HCO₃^-+2H₂O；
故答案為：3CO₂+5OH^-═2CO₃^2-+HCO₃^-+2H₂O．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、平衡常數(shù)、蓋斯定律應(yīng)用、離子方程式書寫等，注意理解效平衡規(guī)律：1、恒溫恒容，反應(yīng)前后氣體體積不等，按化學計量數(shù)轉(zhuǎn)化一邊，對應(yīng)物質(zhì)滿足等量；反應(yīng)前后氣體體積相等，按化學計量數(shù)轉(zhuǎn)化一邊，對應(yīng)物質(zhì)滿足等比，2：恒溫恒壓，按化學計量數(shù)轉(zhuǎn)化一邊，對應(yīng)物質(zhì)滿足等比．