Question

14．【化學(xué)-選修2化學(xué)與技術(shù)】
許多含碳、氫物質(zhì)是重要的化工原料．
（1）某新型儲氫合金（化學(xué)式為Mg₁₇Al₁₂）的儲氫原理為Mg₁₇Al₁₂+17H₂═17MgH₂+12Al，此變化中還原產(chǎn)物是MgH₂（填化學(xué)式）．
（2）草酸的鈣鹽、鋇鹽、鎂鹽難溶于水．已知C₂O₃是無色無味氣體，可溶于水生成草酸（H₂C₂O₄），寫出它溶于足量Ba（OH）₂溶液發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式C₂O₃+Ba（OH）₂=BaC₂O₄↓+H₂O．
（3）已知：幾個熱化學(xué)方程式如下：
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-198kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂
③CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-846.3kJ•mol^-1

化學(xué)鍵	C≡O(shè)	O═O	C═O（CO2中）
鍵能（kJ•mol-1）	958.5	497	745

寫出甲烷與水蒸氣在高溫下制備合成氣（CO，H₂）的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=30.7KJ/mol．
（4）向2L恒容密閉容器中充入3mol CH₄（g）、4mol H₂O（g），發(fā)生反應(yīng)制備CO、H₂，測得溫度為t℃時，容器內(nèi)H₂的物質(zhì)的量濃度（mol•L^-1）隨時間的變化如圖中II曲線所示．圖中I、III分別表示相對于II僅改變反應(yīng)條件后，c（H₂）隨時間的變化．
①若曲線I僅代表改變一種條件后的情況，則改變的條件可能是升溫；a、b兩點用CO濃度變化表示的凈反應(yīng)速率關(guān)系為a＜b；
②曲線II對應(yīng)反應(yīng)的平衡常數(shù)K為54．該溫度下，若將等物質(zhì)的量濃度的CH₄（g）、H₂O（g）、CO（g）、H₂（g）混合充入該容器中，則開始進(jìn)行方向是無法確定（填：向左、向右、平衡或無法確定）．
③曲線III相對于曲線II改變的條件是B．
A．降低溫度     B．使用催化劑、降低溫度    C．加壓．

Answer 1

分析 （1）氧化還原反應(yīng)中元素化合價升高的被氧化得到氧化產(chǎn)物；
（2）C₂O₃是一種無色無味的氣體，可溶于水生成草酸（H₂C₂O₄），與足量Ba（OH）₂溶液混合發(fā)生酸堿中和反應(yīng)生成鹽和水；
（3）依據(jù)圖表鍵能計算反應(yīng)焓變，CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂ ，結(jié)合熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算③-②-3×①得到所需熱化學(xué)方程式；
（4）①若曲線Ⅰ代表的是僅變化一種條件后的情況，曲線Ⅰ達(dá)到平衡所需時間少，說明反應(yīng)速率快，且生成氫氣濃度大，平衡正向進(jìn)行，改變條件是升溫；
②曲線Ⅱ?qū)��?yīng)反應(yīng)的平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$，結(jié)合三行計算列式計算平衡濃度計算得到，若將等物質(zhì)的量濃度的CH₄、H₂O、CO、H₂混合在該容器中，計算此時濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
③曲線Ⅲ相對于曲線Ⅱ，達(dá)到平衡所需時間短，反應(yīng)速率快，氫氣濃度減小說明平衡逆向進(jìn)行．

解答 解：（1）Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al，此變化中鎂元素化合價0價變化為+2價，被氧化得到氧化產(chǎn)物是MgH₂，故答案為：MgH₂；
（2）C₂O₃是一種無色無味的氣體，可溶于水生成草酸（H₂C₂O₄），與足量Ba（OH）₂溶液混合發(fā)生酸堿中和反應(yīng)生成鹽和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C₂O₃+Ba（OH）₂=BaC₂O₄↓+H₂O，故答案為：C₂O₃+Ba（OH）₂=BaC₂O₄↓+H₂O；
（3）CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂ =（958.5+$\frac{1}{2}$×497-2×745）KJ/mol=-283KJ/mol，
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₁=-198kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-282.9KJ/mol，
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-846.3kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算③-②-3×①得到CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=30.7KJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=30.7KJ/mol；
（4）①若曲線Ⅰ代表的是僅變化一種條件后的情況，曲線Ⅰ達(dá)到平衡所需時間少，說明反應(yīng)速率快，且生成氫氣濃度大，平衡正向進(jìn)行，改變條件是升溫，a、b兩點后，a點溫度小于b點，所以用CO濃度變化表示的反應(yīng)速率關(guān)系為a＜b，
故答案為：升溫；a＜b；
②結(jié)合三行計算列式計算平衡濃度計算得到，圖象中可知達(dá)到平衡狀態(tài)氫氣濃度為3mol/L，
                          CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L）  1.5              2               0            0
變化量（mol/L） 1                 1              1              3
平衡量（mol/L） 0.5              1               1              3
曲線Ⅱ?qū)��?yīng)反應(yīng)的平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$=$\frac{3{\;}^{3}×1}{0.5×1}$=54，
若將等物質(zhì)的量濃度的CH₄、H₂O、CO、H₂混合在該容器中，設(shè)物質(zhì)的量濃度為c，計算此時濃度商Qc=$\frac{c{\;}^{3}×c}{c×c}$=c²，和平衡常數(shù)無法比較大小，所以反應(yīng)進(jìn)行方向無法確定，開始時H₂的生成速率和氫氣消耗數(shù)量無法確定，
故答案為：54；無法確定；
③曲線Ⅲ相對于曲線Ⅱ，達(dá)到平衡所需時間短，反應(yīng)速率快，氫氣濃度減小說明平衡逆向進(jìn)行，
A．降低溫度反應(yīng)速率減小，達(dá)到平衡時間增大，故A錯誤；
B．使用催化劑加快反應(yīng)速率、降低溫度平衡逆向進(jìn)行，氫氣濃度減小，故B正確；
C．充入氦氣總壓增大，氣體分壓不變平衡不變，故C錯誤；
故答案為：B．

點評 本題考查了氧化還原反應(yīng)、熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算應(yīng)用、焓變的計算、反應(yīng)速率和化學(xué)平衡影響因素分析判斷、注意圖象曲線變化的特征和化學(xué)平衡移動原理的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．