Question

15．碳、氮广泛的分布在自然界中，碳、氮的化合物性能优良，在工业生产和科技领域有重要用途．

（1）氮化硅（Si₃N₄）是一种新型陶瓷材料，它可由SiO₂与过量焦炭在1300～1700°C的氮气流中反应制得：3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）△H=-1591.2kJ/mol，则该反应每转移1mole^-，可放出的热量为132.6kJ．
（2）高温时，用CO还原MgSO₄可制备高纯MgO．
①750℃时，测得气体中含等物质的量的SO₂和SO₃，此时反应的化学方程式是CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃．
②由MgO制成的Mg可构成“镁-次氯酸盐”电池，其装置示意图如图1，该电池的正极反应式为ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-．
（3）某研究小组将三组CO（g）与H₂O（g）的混合气体分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，一定条件下发生反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达平衡所需时间/min
		CO	H2O	CO	H2
1	650	2	4	0.5	1.5	5
2	900	1	2	0.5	0.5	-

①实验Ⅰ中，前5min的反应速率v（CO₂）=0.15mol/（L．min）．
②下列能判断实验Ⅱ已经达到平衡状态的是（填写选项序号）ad．
a．容器内CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度不再变化      b．容器内压强不再变化
c．混合气体的密度保持不变                d．v_正（CO）=v_逆（CO₂）
e．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
③若实验Ⅲ的容器是绝热的密闭容器，实验测得H₂O（g）的转化率H₂O%随时间变化的示意图如图2所示，b点v_正＞v_逆（填“＜”、“=”或“＞”），t₃～t₄时刻，H₂O（g）的转化率H₂O%降低的原因是该反应达到平衡后，因反应为放热反应且反应容器为绝热容器，故容器内温度升高，反应逆向进行．

Answer 1

分析 （1）根据方程式3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）△H=-1591.2kJ/mol，可知每转移12mol电子，放出1591.2kJ热量，据此计算；
（2）①根据题目信息写出生成物，根据质量守恒配平；
②由图可知镁-次氯酸盐”燃料电池中Mg与ClO^-、H₂O反应生成Cl^-与Mg（OH）₂，正极上是次氯酸根离子得到电子生成氯离子；
（3）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（CO₂）；
②a．容器内CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度不再变化，则说明反应处于平衡状态；
b．恒温、恒容条件下，气体的总物质的量始终不变，压强始终不变；
c．恒容条件下，反应物和产物都是气体，密度始终不变；
d．υ_正（CO）=υ_逆（CO₂），转化成CO₂的正、逆反应速率相等；
e．该反应气体的物质的量不变，气体的质量也不变，所以反应过程中气体的平均相对分子质量不变；
③c到达平衡，而b点未达到平衡，正反应速率减小，逆反应速率增大至相等；该反应达到平衡后，因反应为放热反应且反应容器为绝热容器，故容器内温度升高，反应逆向进行；

解答 解：（1）根据方程式3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）△H=-1591.2kJ/mol，可知每转移12mol电子，放出1591.2kJ热量，所以每转移1mole^-，可放出的热量为132.6kJ，
故答案为：132.6kJ；
（2）①用CO还原MgSO₄可得到MgO、CO₂、SO₂和SO₃，方程式为CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
故答案为：CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
②由图可知镁-次氯酸盐”燃料电池中Mg与ClO^-、H₂O反应生成Cl^-与Mg（OH）₂，该电池反应的总反应方程式为Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂，正极电极反应是ClO-离子得到电子发生还原反应，电极反应为：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-，负极电极反应是Mg失去电子发生氧化反应，电极反应为：Mg-2e^-+2OH^-=Mg（OH）₂，
故答案为：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-；
（3）①v（H₂）=$\frac{\frac{1.5mol}{2L}}{5min}$=0.15mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，则v（CO₂）=v（H₂）=0.15mol/（L．min），
故答案为：0.15mol/（L．min）；
②②a．容器内CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度不再变化，则说明反应处于平衡状态，故a正确；
b．恒温、恒容条件下，气体的总物质的量始终不变，压强始终不变，故b错误；
c．恒容条件下，反应物和产物都是气体，密度始终不变，故c错误；
d．υ_正（CO）=υ_逆（CO₂），转化成CO₂的正、逆反应速率相等，说明反应处于平衡状态，故d正确；
e．该反应气体的物质的量不变，气体的质量也不变，所以反应过程中气体的平均相对分子质量不变，所以不能说明反应是否处于平衡状态，故e错误，
故选：ad；
③c到达平衡，而b点未达到平衡，正反应速率减小，逆反应速率增大至相等，故b点υ_正＞υ_逆；
该反应达到平衡后，因反应为放热反应且反应容器为绝热容器，故容器内温度升高，反应逆向进行，故t₃～t₄时刻，H₂O（g）的转化率降低，
故答案为：＞；该反应达到平衡后，因反应为放热反应且反应容器为绝热容器，故容器内温度升高，反应逆向进行．

点评 本题考查的知识点较多，既考查了电化学又考查了反应热的问题，对学生综合运用知识能力有一定的要求，特别是根据图中信息写电极反应，要求学生有较好从图中获取信息的能力，整个题目难度较大．本题考查化学平衡计算、平衡状态判断、化学平衡影响因素、原电池等，注意理解掌握化学平衡常数的应用．