Question

【題目】碳、氮廣泛的分布在自然界中，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(guò)量焦炭在1300～1700oC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，則該反應(yīng)每轉(zhuǎn)移1mole—，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)，得到如下數(shù)據(jù)：

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 。

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(duì)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(cè)得H2O(g)的轉(zhuǎn)化率H2O%隨時(shí)間變化的示意圖如下圖所示， b點(diǎn)v正 v逆（填“＜”、“＝”或“＞”），t3～t4時(shí)刻，H2O(g)的轉(zhuǎn)化率H2O%降低的原因是 。

（3）利用CO與H2可直接合成甲醇，下圖是由“甲醇-空氣”形成的綠色燃料電池的工作原理示意圖，寫(xiě)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的CuSO4溶液，當(dāng)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）132.6kJ（2）① 0.15mol·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，反應(yīng)逆向進(jìn)行

（3）CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+、1

【解析】

試題分析：（1）反應(yīng)中氮元素的化合價(jià)從0價(jià)降低到－3價(jià)，得到電子，所以氮?dú)馐茄趸瘎��?mol氮?dú)獾玫?2mol電子，放出1591.2kJ的熱量，則該反應(yīng)每轉(zhuǎn)移1mole—，可放出的熱量為1591.2 kJ÷12=132.6kJ。

（2）①根據(jù)表格提供的信息和化學(xué)方程式可知v（CO2）=v（H2），則v（CO2 ）=v（H2）=1.5mol÷(2L×5min)= =0.15mol/（Lmin）；

②a．容器內(nèi)CO、H2O、CO2、H2的濃度不再變化是反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志，a正確；b.由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，則無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)容器內(nèi)壓強(qiáng)始終不改變，壓強(qiáng)不變不能作為判斷達(dá)到平衡的依據(jù)，b錯(cuò)誤；c．在恒容密閉容器中，混合氣體的密度始終保持不變，不能作為判斷達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)，c錯(cuò)誤；d．v正(CO) ＝v逆（CO2），說(shuō)明正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，d正確；e.根據(jù)M=m÷n，該反應(yīng)是左右氣體系數(shù)和相等的可逆反應(yīng)，密閉容器中質(zhì)量不變，則氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量始終不隨時(shí)間而變化，不能作為達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)，e錯(cuò)誤；答案選ad。

③根據(jù)圖象可知，b點(diǎn)過(guò)后水的轉(zhuǎn)化率增大，說(shuō)明平衡正向移動(dòng)，即b點(diǎn)v正 > v逆；因?yàn)樵摲磻?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，反應(yīng)逆向進(jìn)行，t3～t4時(shí)刻，H2O(g)的轉(zhuǎn)化率H2O%降低。

（3）根據(jù)題圖可知，甲醇在負(fù)極上發(fā)生氧化生成CO2，電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+；標(biāo)準(zhǔn)狀況下560mLO2的物質(zhì)的量為0.56L÷22.4/mol=0.025mol，氧氣在正極得到的電子的物質(zhì)的量為0.025mol×4=0.1mol，則整個(gè)電路中轉(zhuǎn)移0.1mol電子，根據(jù)陽(yáng)極反應(yīng)式：2H2O-4e－=O2↑+4H＋，電解后溶液的c(H＋)=0.1mol÷1L=0.1mol/L，pH=1。