Question

【题目】在已经发现的一百多种元素中，除稀有气体外，非金属元素只有十多种，但与生产生活有密切的联系。

（1）短周期中可以做半导体材料的元素的最高价氧化物与烧碱溶液反应的离子方程式是：__________；

（2）为了提高煤的利用率，常将其气化或液化，其中一种液化是将气化得到的氢气和一氧化碳在催化剂作用下转化为甲醇，写出该化学反应方程式为____________；

（3）氮是动植物生长不可缺少的元素，合成氨的反应对人类解决粮食问题贡献巨大，反应如下：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。

①合成氨的反应中的能量变化如图所示。该反应是________反应（填“吸热”或“放热”）。

②在一定条件下，将2.5mol N2和7.5mol H2的混合气体充入体积为2L的固定闭容器中发生反应：N2（g）+ 3H2(g) 2NH3(g)，5分钟末时达到平衡，测得容器内的压强是开始时的0.9倍，则5分钟内用氨气表示该反应的平均化学反应速率为：V(NH3)=____________；氢气达到平衡时的转化率是_____________（保留小数点后一位）；

（4）美国阿波罗宇宙飞船上使用了一种新型装置，其构造如图所示：

A，B两个电极均由多孔的碳块组成。该电池的正极反应式为：________________；若将上述装置中的氢气换成甲烷，其余都不改变，对应装置的负极反应方程式为_________________。

Answer 1

【答案】SiO2+2OH- ＝SiO32-+H2O CO+2H2CH3OH 放热 0.1mol·L-1·min-1 20.0% O2 +4e-+2H2O＝4OH- CH4–8e-+10OH-＝CO32-+7H2O

【解析】

（1）短周期中可以做半导体材料的元素为Si元素，Si元素的最高价氧化物为酸性氧化物SiO2；

（2）煤的液化是将气化得到的氢气和一氧化碳在催化剂作用下转化为甲醇；

（3）①反应物的总能量高于生成物的总能量的反应为放热反应；

②由题给数据建立如下三段式计算反应速率和转化率；

（4）由题给燃料电池示意图可知，通入氢气或甲烷的一极负极，通入氧气的一极为正极。

（1）短周期中可以做半导体材料的元素为Si元素，Si元素的最高价氧化物为酸性氧化物SiO2，SiO2与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，反应的离子方程式为SiO2+2OH- ＝SiO32-+H2O，故答案为：SiO2+2OH- ＝SiO32-+H2O；

（2）煤的液化是将气化得到的氢气和一氧化碳在催化剂作用下转化为甲醇，反应的化学方程式为CO+2H2CH3OH，故答案为：CO+2H2CH3OH；

（3）①由合成氨的反应中的能量变化示意图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，说明合成氨的反应为放热反应，故答案为：放热反应；

②设反应消耗N2的物质的量为xmol，由题给数据建立如下三段式：

N2（g）+ 3H2(g) 2NH3(g)

起（mol） 2.5 7.5 0

变（mol） x 3x 2x

平（mol）2.5—x 7.5—3x 2x

由=可得=，解得x=0.5，则V(NH3)=== 0.1mol·L-1·min-1，氢气达到平衡时的转化率为×100%=×100%=20%，故答案为：0.1mol·L-1·min-1；20%；

（4）由题给燃料电池示意图可知，通入氢气的一极负极，氢气在负极失电子发生氧化反应生成水，电极反应式为H2–2e-+2OH-＝2H2O，通入氧气的一极为正极，氧气在正极得电子发生还原反应生成水，电极反应式为O2 +4e-+2H2O＝4OH-；若将氢气换成甲烷，甲烷在负极失电子发生氧化反应生成碳酸根，电极反应式为CH4–8e-+10OH-＝CO32-+7H2O，故答案为：O2 +4e-+2H2O＝4OH-；CH4–8e-+10OH-＝CO32-+7H2O。