Question

12．研究化學(xué)反應(yīng)中的能量變化有重要意義．請根據(jù)學(xué)過的知識回答下列問題：

Ⅰ．（1）已知一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)過程的能量變化如圖1所示：
①反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-1．
②已知：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ•mol^-1，
則C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H=+172kJ•mol^-1．
Ⅱ．圖2是一個化學(xué)過程的示意圖，回答下列問題：
（1）甲裝置中通入CH₄的電極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-?CO₃ ^2-+7H₂O，
（2）一段時間，當(dāng)丙池中產(chǎn)生112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）氣體時，均勻攪拌丙池，所得溶液在25℃時的物質(zhì)的量濃度為0.01mol/L．（已知：NaCl溶液足量，電解后溶液體積為500mL）．若要使丙池恢復(fù)電解前的狀態(tài)，應(yīng)向丙池中通入HCl（寫化學(xué)式）．
Ⅲ．汽車尾氣里含有NO氣體是由于內(nèi)燃機燃燒的高溫引起氮氣和氧氣反應(yīng)所致：
N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．已知該反應(yīng)在2404℃時，平衡常數(shù)K=64×10^-4．
（1）某溫度下，向2L的密閉容器中充入N₂和O₂各1mol，5分鐘后O₂的物質(zhì)的量為0.5mol，則N₂的反應(yīng)速率為0.05mol•L^-1•min^-1．
（2）將N₂、O₂的混合氣體充入恒溫恒容密閉容器中，下列變化趨勢正確的是AC（填字母序號）．

（3）該溫度下，某時刻測得容器內(nèi)N₂、O₂、NO的濃度分別為2.5×10^-1mol•L^-1、4.0×10^-2mol•L^-1和3.0×10^-3mol•L^-1，此時反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行（填“處于化學(xué)平衡狀態(tài)”“向正反應(yīng)方向進行”或“向逆反應(yīng)方向進行”），理由是因為濃度商小于平衡常數(shù)K．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）①根據(jù)圖知，反應(yīng)物是CO和水蒸氣、生成物是二氧化碳和氫氣，該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
②根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)熱；
Ⅱ．（1）甲是原電池，通入甲烷的電極是負極，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水；
（2）丙池是電解池，C電極生成氯氣、D電極生成氫氣，且生成氯氣和氫氣物質(zhì)的量之比為1：1，根據(jù)氯氣和NaOH的關(guān)系式計算n（NaOH），再根據(jù)物質(zhì)的量濃度公式計算氫氧化鈉濃度；
根據(jù)析出什么加入什么原則加入物質(zhì)使溶液恢復(fù)原狀；
Ⅲ．（1）參加反應(yīng)的氧氣物質(zhì)的量=1mol-0.5mol=0.5mol，根據(jù)方程式知，參加反應(yīng)的氮氣物質(zhì)的量是0.5mol，則氮氣反應(yīng)速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
 （2）A．該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動；
B．催化劑改變反應(yīng)速率但不影響平衡移動；
C．根據(jù)先拐先平數(shù)值大知，T₂＞T₁，升高溫度，平衡正向移動，氮氣轉(zhuǎn)化率增大；
（3）根據(jù)濃度商與化學(xué)平衡常數(shù)相對大小確定反應(yīng)方向．

解答 解：Ⅰ．（1）①根據(jù)圖知，反應(yīng)物是CO和水蒸氣、生成物是二氧化碳和氫氣，該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，熱化學(xué)方程式為CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41 kJ•mol^-1，
故答案為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41 kJ•mol^-1；
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41 kJ•mol^-1
C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ•mol^-1，
將第二個方程式-第一個方程式得C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H=（+131kJ•mol^-1）-（-41 kJ•mol^-1
）=+172 kJ•mol^-1，故答案為：+172 kJ•mol^-1；
Ⅱ．（1）甲是原電池，通入甲烷的電極是負極，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-?CO₃ ^2-+7H₂O，故答案為：CH₄+10OH^--8e^-?CO₃ ^2-+7H₂O；
（2）丙池是電解池，C電極生成氯氣、D電極生成氫氣，且生成氯氣和氫氣物質(zhì)的量之比為1：1，生成氯氣物質(zhì)的量=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}×\frac{1}{2}$=0.0025mol，根據(jù)氯氣和NaOH關(guān)系式得n（NaOH）=2n（Cl₂）=2×0.0025mol=0.005mol，則電解后c（NaOH）═$\frac{0.005mol}{0.5L}$=0.01mol/L；
陽極上生成氯氣、陰極上生成氫氣，相當(dāng)于析出氯化氫，根據(jù)析出什么加入什么原則知，通入HCl氣體能使溶液恢復(fù)原狀，故答案為：0.01mol/L；HCl；
Ⅲ．（1）參加反應(yīng)的氧氣物質(zhì)的量=1mol-0.5mol=0.5mol，根據(jù)方程式知，參加反應(yīng)的氮氣物質(zhì)的量是0.5mol，則氮氣反應(yīng)速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{5min}$=0.05 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.05 mol•L^-1•min^-1；
（2）A．該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動，則平衡常數(shù)增大，故正確；
B．催化劑改變反應(yīng)速率但不影響平衡移動，所以NO平衡濃度相等，故錯誤；
C．根據(jù)先拐先平數(shù)值大知，T₂＞T₁，升高溫度，平衡正向移動，氮氣轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
故選AC；
（3）濃度商=$\frac{（3.0×1{0}^{-3}）^{2}}{2.5×1{0}^{-1}×4.0×1{0}^{-2}}$=9×10^-4＜K，則向正反應(yīng)方向進行，
故答案為：向正反應(yīng)方向移動；濃度商小于平衡常數(shù)K．

點評 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)計算，為高頻考點，側(cè)重考查學(xué)生分析計算能力，涉及蓋斯定律、平衡移動方向判斷、原電池原理等知識點，明確基本理論內(nèi)涵是解本題關(guān)鍵，易錯點是電極反應(yīng)式的書寫，題目難度不大．