Question

【題目】碳、氮廣泛地分布在自然界中，碳、氮的化合物性能優(yōu)良，在工業(yè)生產(chǎn)和科技領(lǐng)域有重要用途。

（1）氮化硅（Si3N4）是一種新型陶瓷材料，它可由SiO2與過量焦炭在1300～1700°C的氮?dú)饬髦蟹磻?yīng)制得：3SiO2(s) + 6C(s) + 2N2(g)Si3N4(s) + 6CO(g) △H＝－1591.2 kJ·mol－1，則該反應(yīng)每轉(zhuǎn)移1mol e－，可放出的熱量為 。

（2）某研究小組現(xiàn)將三組CO(g) 與H2O(g) 的混合氣體分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)，得到下表數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)平衡所需時(shí)間/min
		CO	H2O	CO	H2
1	650	2	4	0.5	1.5	5
2	900	1	2	0.5	0.5

① 實(shí)驗(yàn)1中，前5min的反應(yīng)速率v(CO2) ＝ 。

② 下列能判斷實(shí)驗(yàn)2已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是 （填序號）。

a．容器內(nèi)CO、H2O、CO2、H2的濃度不再變化

b．容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化

c．混合氣體的密度保持不變

d．v正(CO)＝v逆(CO2)

e．容器中氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時(shí)間而變化

③ 若實(shí)驗(yàn)2的容器是絕熱的密閉容器，實(shí)驗(yàn)測得H2O(g) 的轉(zhuǎn)化率ω(H2O)隨時(shí)間變化的示意圖如圖1所示，b點(diǎn)v正 v逆（填“＜”、“＝”或 “＞”），t3～t4時(shí)刻，H2O(g) 的轉(zhuǎn)化率ω(H2O)降低的原因是 。

（3）利用CO與H2可直接合成甲醇，上圖是由“甲醇-空氣”形成的綠色燃料電池的工作原理示意圖如圖2，寫出以石墨為電極的電池工作時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式 ，利用該電池電解1L 0.5mol·L－1的CuSO4溶液，當(dāng)電池消耗560mLO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，電解后溶液的pH＝ （溶液電解前后體積的變化忽略不計(jì)）。

Answer 1

【答案】（1）132.6 kJ；（2）①0.15 mol·L－1·min－1；②ad ；③＞；該反應(yīng)達(dá)到平衡后，因反應(yīng)為放熱反應(yīng)且反應(yīng)容器為絕熱容器，故容器內(nèi)溫度升高，平衡向左移動；（3）CH3OH －6e－ + H2O = CO2 ↑ + 6H+；1。

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)反應(yīng)方程式，轉(zhuǎn)移電子12mol，放出熱量1591.2kJ，則轉(zhuǎn)移1mol電子，放出熱量為1591.2/12kJ=132.6kJ；(2)①根據(jù)反應(yīng)方程式，生成CO2的物質(zhì)的量為1.5mol，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的表達(dá)式，v(CO2)=0.15/(2×5)mol/(L·min)=0.015mol/(L·min)；②a、根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的定義，當(dāng)組分的濃度不再改變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故正確；b、反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和相等，因此壓強(qiáng)不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故錯誤；c、根據(jù)密度定義，組分都是氣體，因此氣體的質(zhì)量不變，容器是恒容，氣體體積不變，因此密度不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故錯誤；d、用不同物質(zhì)的反應(yīng)速率，表示達(dá)到化學(xué)平衡，要求反應(yīng)方向是一正一逆，且反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，v正(CO)說明反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，v逆(CO2)說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，且兩者速率之比等于1：1，故正確；e、根據(jù)平均摩爾質(zhì)量的定義，氣體物質(zhì)的量不變，反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和相等，氣體總物質(zhì)的量不變，因此平均摩爾質(zhì)量不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故錯誤；③b點(diǎn)反應(yīng)沒有達(dá)到平衡，向正反應(yīng)方向進(jìn)行，因此v正>v逆；該反應(yīng)達(dá)到平衡后，因反應(yīng)為放熱反應(yīng)且反應(yīng)容器為絕熱容器，故容器內(nèi)溫度升高，平衡向左移動；(3)負(fù)極應(yīng)是失去電子，化合價(jià)升高，因此通甲醇一極為負(fù)極，根據(jù)圖2，負(fù)極產(chǎn)生H＋，因此電極反應(yīng)式為：CH3OH －6e－ + H2O = CO2 ↑ + 6H＋；電池正極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，陰極反應(yīng)式為2H2O＋4e－=O2↑＋4H＋，根據(jù)得失電子數(shù)目守恒，即有O2～4e－～4H＋，n(H＋)=4×560×10－3/22.4mol=0.1mol，c(H＋)=0.1/1mol·L－1=0.1mol·L－1，則pH=1。