Question

2．化學(xué)反應(yīng)原理在科研和生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用
（1）生產(chǎn)氫氣：將水蒸氣通過紅熱的炭即產(chǎn)生水煤氣．
C（s）+H₂O（g）?H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，△S=+133.7J•mol^-1•K^-1，
該反應(yīng)在低溫下不能（填“能”或“不能”）自發(fā)進(jìn)行．
（2）利用“化學(xué)蒸氣轉(zhuǎn)移法”制備TaS₂晶體，發(fā)生如下反應(yīng)TaS₂（s）+2I₂（g）?TaI₄（g）+S₂（g）△H＞0    （ I）反應(yīng)（ I）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（Ta{I}_{4}）c（{S}_{2}）}{{c}^{2}（{I}_{2}）}$，若K=1，向某恒容密閉容器中加入1mol I₂（g）和足量TaS₂（s），I₂（g）的平衡轉(zhuǎn)化率為66.7%
（3）已知在400℃時，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的K=0.5．
①在400℃時，2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的K′=2（填數(shù)值）．
②400℃時，在0.5L的反應(yīng)容器中進(jìn)行合成氨反應(yīng)，一段時間后，測得N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量分別為2mol、1mol、2mol，則此時反應(yīng)v（N₂）_正=（填“＞”“＜”“=”或“不確定”）v（N₂）_逆．
（4）離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系．由有機(jī)陽離子、Al₂Cl₇^-和AlCl₄^-組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁．鋼制品接電源的負(fù)極，已知電鍍過程中不產(chǎn)生其他離子且有機(jī)陽離子不參與電極反應(yīng)，陰極電極反應(yīng)式為4Al₂Cl₇^-+3e^-═Al+7AlCl₄^-．為測定鍍層厚度，用NaOH溶液溶解鋼制品表面的鋁鍍層，當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)移6mol電子時，所得還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量為3mol．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)等于各生成物平衡濃度系數(shù)次冪之積和各反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次冪之積的比值；結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)劣勢計(jì)算，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%計(jì)算；
（3）①相同溫度下，同一可逆反應(yīng)的正逆平衡常數(shù)互為倒數(shù)關(guān)系；
②根據(jù)濃度熵和平衡常數(shù)之間的關(guān)系來判斷反應(yīng)的狀態(tài)；
（4）電鍍原理分析，鋼鐵上鍍鋁是利用鋁做陽極，鋼鐵做陰極，由有機(jī)陽離子、Al₂Cl₇^-和AlCl₄^-組成的離子液體做電解液來實(shí)現(xiàn)；改用AlCl₃水溶液作電解液是溶液中氫離子在陰極放電生成氫氣；依據(jù)鋁和氫氧化鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式分析判斷，還原產(chǎn)物為氫氣．

解答 解：（1）C（s）+H₂O（g）?H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，△S=+133.7J•mol^-1•K^-1，）△H-T△S=131.3kJ/mol-T×0.1337KJ/（mol•K），低溫時，131.3kJ/mol-T×0.1337KJ/（mol•K）＞0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：不能；　
（2）反應(yīng)（Ⅰ）TaS₂（s）+2I₂（g）?TaI₄（g）+S₂（g）△H＞0   的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（Ta{I}_{4}）c（{S}_{2}）}{{c}^{2}（{I}_{2}）}$，若K=1，設(shè) I₂的平衡轉(zhuǎn)化率為x，則參加反應(yīng)的為xmol，平衡時生成TaI₄和S₂各0.5xmol，剩余I₂為（1-x）mol，K=$\frac{c（Ta{I}_{4}）c（{S}_{2}）}{{c}^{2}（{I}_{2}）}$=$\frac{0.5x×0.5x}{（1-x）^{2}}$=1，解之得：x=66.7%，
故答案為：$\frac{c（Ta{I}_{4}）c（{S}_{2}）}{{c}^{2}（{I}_{2}）}$；66.7%
（3）①相同溫度下，同一可逆反應(yīng)的正逆平衡常數(shù)互為倒數(shù)關(guān)系，在400℃時，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的K′=0.5，則2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的K=$\frac{1}{{K}^{'}}$=2；
故答案為：2；
②一段時間后，當(dāng)N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量分別為4mol/L、2mol/L、4mol/L時，Qc=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=0.5，Q_C=K所以該狀態(tài)是平衡狀態(tài)，正逆反應(yīng)速率相等；
故答案為：=；
（4）電鍍原理分析，鋼鐵上鍍鋁是利用鋁做陽極與電源正極相連，鋼鐵做陰極與電源負(fù)極相連，由有機(jī)陽離子、Al₂Cl₇^-和AlCl₄^-組成的離子液體做電解液來實(shí)現(xiàn)，離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系，電鍍過程中不產(chǎn)生其他離子且有機(jī)陽離子不參與電極反應(yīng)，則陰極反應(yīng)生成鋁是發(fā)生的還原反應(yīng)，鋁元素化合價降低，分析離子液體成分，結(jié)合電荷守恒分析可知是Al₂Cl₇^-得到電子生成，電極反應(yīng)為：4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-；改用AlCl₃水溶液作電解液是溶液中氫離子在陰極放電生成氫氣，2H⁺+2e^-=H₂↑；依據(jù)鋁和氫氧化鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式分析，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，還原產(chǎn)物為氫氣，當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)移6mol電子時，所得還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量為3mol，
故答案為：負(fù)；4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-；H₂ ；3．

點(diǎn)評 本題考查學(xué)生化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、電解原理等知識點(diǎn)、反應(yīng)進(jìn)行的方向知識，注意三行式計(jì)算的方法和電解原理的分析是關(guān)鍵，題目難度中等．