Question

2．堿金屬元素的單質(zhì)及其化合物被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中．
（1）在25℃，101kPa下：2Na（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Na₂O（s）△H₁=-414kJ•mol^-1
2Na（s）+O₂（g）═Na₂O₂（s）△H₂=-511kJ•mol^-1
①Na₂O₂（s）+2Na（s）═2Na₂O（s）△H=-317kJ•mol^-1
②一定量的Na在足量O₂中充分燃燒，參加反應(yīng)的O₂體積為5.6L（標(biāo)況下），則該反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為3.01×10²⁵或0.5N_A．
（2）金屬鋰廣泛應(yīng)用于化學(xué)電源制造，鋰水電池就是其中一種產(chǎn)品．該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質(zhì)，加入水即可放電．總反應(yīng)為：2Li+2H₂O═2LiOH+H₂↑
①鋰水電池放電時，OH^-向負極移動．
②寫出該電池放電時正極的電極反應(yīng)式：2H₂O+2e?=2OH?+H₂↑．
③電解熔融LiCl可以制備金屬Li．但LiC1熔點在873K以上，高溫下電解，金屬Li產(chǎn)量極低．經(jīng)過科學(xué)家不斷研究，發(fā)現(xiàn)電解LiCl-KCl的熔鹽混合物可以在較低溫度下生成金屬Li．你認為，熔鹽混合物中KCl的作用是降低LiCl的熔點．寫出電解該熔鹽混合物過程中陽極的電極反應(yīng)式：2Cl?-2e?=Cl₂↑．
（3）最新研究表明，金屬鉀可作工業(yè)上天然氣高溫重整的催化劑，有關(guān)反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O═CO（g）+3H₂（g）一定溫度下，向2L容積不變的密閉容器中充入4molCH₄（g）和6mo1H₂O（g）發(fā)生反應(yīng)，10min時，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，測得CH₄（g）和H₂（g）的物質(zhì)的量隨時間變化的曲線如圖所示．
①0～10min內(nèi)用v（CO）表示的化學(xué)反應(yīng)速率為0.1mol•L^-1•min^-1．
②下列敘述中，能夠證明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是b（填序號）．
a．生成3molH-H鍵的同時有4molC-H鍵斷裂
b．其他條件不變時，反應(yīng)體系的壓強保持不變
c．反應(yīng)混合氣體的質(zhì)量保持不變
d．c（H₂O）：c（H₂）=1：3
③此溫度下，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=13.5mo1²•L^-2．

Answer 1

分析 （1）①已知①2Na（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Na₂O（s）△H=-414kJ•mol^-1
②2Na（s）+O₂（g）=Na₂O₂（s）△H=-511kJ•mol^-1
由蓋斯定律：2×①-②得Na（s）+Na₂O₂（s）=2Na₂O（s）據(jù)此計算；
②求出氧氣的物質(zhì)的量，然后根據(jù)反應(yīng)后氧元素的化合價為-1價來分析；
（2）①原電池中，陰離子移向原電池的負極；
②正極上是水溶液中的H⁺放電；
③熔鹽混合物中KCl有降低熔點的作用；電解該熔鹽混合物過程Cl^-在陽極放電；
（3）①根據(jù)題干和圖象所給的信息，可以求出V（CH₄），然后根據(jù)反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比來計算；
②a．生成3molH-H鍵意味著生成3mol氫氣，同時有4molC-H鍵斷裂意味著有1mol甲烷消耗；
b．此反應(yīng)的正反應(yīng)方向是個氣體的物質(zhì)的量增大的反應(yīng)；
c．此反應(yīng)是全部是氣體參與和生成的反應(yīng)；
d．當(dāng)反應(yīng)達平衡時，各物質(zhì)的濃度之間無必然的數(shù)值聯(lián)系；
③根據(jù)平衡常數(shù)K=$\frac{[CO][{H}_{2}]^{3}}{[C{H}_{4}][{H}_{2}O]}$來計算．

解答 解：（1）①已知①2Na（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Na₂O（s）△H=-414kJ•mol^-1
②2Na（s）+O₂（g）=Na₂O₂（s）△H=-511kJ•mol^-1
由蓋斯定律：2×①-②得Na（s）+Na₂O₂（s）=2Na₂O（s）△H=2×（-414）-（-511）=-317 kJ•mol^-1；
故答案為：-317；
②標(biāo)況下，5.6L氧氣的物質(zhì)的量n=$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，而反應(yīng)后氧元素的化合價為-1價，故1mol氧氣轉(zhuǎn)移2mol電子，則0.25mol氧氣轉(zhuǎn)移0.5mol電子，即3.01×10²⁵或0.5N_A個，故答案為：3.01×10²⁵或0.5N_A；
（2）①原電池中，陰離子移向原電池的負極，故OH^-會向負極移動，故答案為：負；
②正極上是水電離出的H⁺放電，故正極反應(yīng)式為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，故答案為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；
③通過題干可知，熔鹽混合物中KCl有降低熔點的作用；電解該熔鹽混合物過程Cl^-在陽極放電，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
故答案為：能降低LiC1的熔點；2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（3）①根據(jù)題干和圖象所給的信息，可知甲烷的反應(yīng)速率V（CH₄）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△T}$=$\frac{\frac{2mol}{2L}}{10min}$=0.1mol/（L•min），而反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比，故V（C）=0.1mol/（L•min），故答案為：0.1mol/（L•min）；
②a．生成3molH-H鍵意味著生成3mol氫氣，同時有4molC-H鍵斷裂意味著有1mol甲烷消耗，而消耗1mol甲烷必定生成3mol氫氣，與反應(yīng)是否達平衡無關(guān)，故a錯誤；
b．此反應(yīng)的正反應(yīng)方向是個氣體的物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，故在平衡之前，容器的壓強會不斷增大，現(xiàn)在體系壓強不變，則說明平衡，故b正確；
c．此反應(yīng)是全部是氣體參與和生成的反應(yīng)，故無論反應(yīng)是否達到平衡，氣體的總質(zhì)量一直不變，故質(zhì)量不變不能說明反應(yīng)達平衡，故c錯誤；
d．當(dāng)反應(yīng)達平衡時，各物質(zhì)的濃度之間無必然的數(shù)值聯(lián)系，故當(dāng)c（H₂O）：c（H₂）=1：3時，反應(yīng)不一定平衡，故d錯誤．
故選b；
③根據(jù)題干和圖象信息可知：CH₄（g）+H₂O（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CO（g）+3H₂（g）．
初始C（mol/L）：2        3             0        0
轉(zhuǎn)化C（mol/L）：1        1             1        3
平衡C（mol/L）：1        2             1        3

平衡常數(shù)K=$\frac{[CO][{H}_{2}]^{3}}{[C{H}_{4}][{H}_{2}O]}$=$\frac{1×{3}^{3}}{1×2}$=13.5．
故答案為；13.5．

點評 本題綜合考查了蓋斯定律的應(yīng)用、電極反應(yīng)的書寫和平衡常數(shù)的計算等內(nèi)容，綜合性較強，是高考的熱點和難點，題目難度中等．