Question

能源的开发利用与人类社会的可持续性发展息息相关。

I．已知：Fe₂O₃(s)＋3C(s)= 2Fe(s)＋3CO(g)  △H₁=a kJ·mol^-1

CO(g)＋O₂(g)=CO₂(g)   △H₂=b kJ·mol^-1

4Fe(s)＋3O₂(g)=2Fe₂O₃(s)   △H₃=c kJ·mol^-1

则C的燃烧热________kJ·mol^-1

II．（1）依据原电池的构成原理，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是____(填序号)。

A．C(s)+CO₂(g)=2CO(g)           B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H₂O(1)

C．2H₂O(l) = 2H₂(g)+O₂(g)        D．2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)

若以熔融的K₂CO₃与CO₂为反应的环境，依据所选反应设计成一个原电池，请写出该原电池的负极反应：___________。

（2）某实验小组模拟工业合成氨反应N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g) △H=-92.4kJ·mol^-1，开始他们将N₂和H₂混合气体20mol (体积比1：1)充入5L合成塔中。反应前压强为P₀，反应过程中压强用P表示，反应过程中与时间t的关系如图所示。

请回答下列问题：

①反应达平衡的标志是（填字母代号）________。

A．压强保持不变

B．气体密度保持不变

C．NH₃的生成速率是N₂的生成速率的2倍

②2min时，以c(N₂)变化表示的平均反应速率为________。

③若提高N₂的转化率可采取的措施有________。

A．向体系中按体积比1：1再充入N₂和H₂

B．分离出NH₃

C．升高温度

D．充入He气使压强增大

E．加入一定量的N₂

（3）25°C时，BaCO₃和BaSO₄的溶度积常数分别是8×10^－9和1×10^－10，某含有BaCO₃沉淀的悬浊液中，c(CO₃^2-)=0.2mol·L^-1，如果加入等体积的Na₂SO₄溶液，若要产生 BaSO₄沉淀，加入Na₂SO₄溶液的物质的量浓度最小是________mol • L^－1。

 

Answer 1

【答案】

 

I． 

Ⅱ．（1）D     CO－2e^- + CO₃^2-＝2CO₂  

（2）①AC      ② 0.1mol·L^－１·min^－１     ③AB  

（3）2.5×10^-3

【解析】

试题解析：I．燃烧热指1mol可燃物完全燃烧生成稳定化合物时放出的热量。依据盖斯定律，将第一个方程式乘以2，加上第二个方程式乘以6，加上第三个方程式，得到的方程式再除以6，可得到目标方程式C（s）+O₂（g）=CO₂（g），焓变作相应变化即可。

II．（1）原电池反应需要是自发进行的氧化还原反应，据此可知只有D反应符合要求。

依据CO燃烧设计的原电池属于燃料电池，负极燃料失电子；因电解质是熔融的K₂CO₃，故负极反应式为CO与CO₃^2-结合失电子生成CO₂。

（2）①该反应是一个气体分子总数发生变化的反应，因此压强不变可说明反应达到平衡状态，A正确；容器容积不变，气体总质量不变，故气体密度一直不变，B错；氨气的生成速率是正反应速率，氮气的生成速率是逆反应速率，二者的速率比为2:1时，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡，C正确。

②设反应消耗的氮气的物质的量为amol，则有

N₂  ＋3H₂   2NH₃

初始量/mol：10     10              0

变化量/mol：a      3a              2a

最终量/mol：10-a   10-3a            2a

根据图像，2min时P/P₀=0.9，根据相同条件下气体压强比等于物质的量之比，则有

，解得a=1，

则以氮气表示的反应速率为：。

③欲提高氮气的转化率，需使平衡正向移动，但不能通过增加氮气的量实现。向体系中按1:1增加氮气和氢气，与原比例相同，相当于增大压强，平衡正向移动，氮气转化率提高，A正确；分离出氨气，则平衡正向移动，B正确；反应放热，升高温度平衡逆向移动，C错；因容器容积不变，充入惰性气体对平衡无影响，D错；加入氮气，平衡虽然正向移动，但氮气的转化率会减小，E错。

（3）含有BaCO₃沉淀的悬浊液已达到沉淀溶解平衡，再加入Na₂SO₄使沉淀转化为BaSO₄，此时溶液中的c(Ba²⁺)相同，故有，则，代入数据，可得。

考点：考查盖斯定律应用，原电池电极反应式书写，化学反应速率计算，化学平衡状态判断及影响因素，图像分析，沉淀溶解平衡计算等。