题目内容

8．I．工业上有一种用CO2来生产甲醇燃料的方法：
CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.0kJ•mol-1
将6mol CO2和8mol H2充入2L的密闭容器中，测得H2的物质的量随时间变化如图1所示（实线）．图中数据a（1，6）表示：在1min时H2的物质的量是6mol．

（1）a点正反应速率大于（填“大于”“等于”或“小于”）逆反应速率．其化学平衡常数K=$\frac{1}{2}{L}^{2}/mo{l}^{2}$
（2）仅改变某一实验条件再进行两次实验测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示．曲线I对应的实验条件改变是升高温度，体积不变再充入3molCO2和4mol H2，H2O（g）的体积分数增大
（填“增大”“不变”或“减小”）
Ⅱ．某实验小组欲探究反应速率与温度的关系，现有1mol/L的KI溶液、0.1mol/L的H2SO4溶液、淀粉溶液，则实验时这几种试剂的加入顺序为：KI溶液、淀粉溶液、0.1mol/L的H2SO4溶液；
反应的方程式为4H++4I-+O2=2I2+2H2O
Ⅲ．粗镍样品中含Fe、Zn、Ag、Cu等四种金属杂质，为获得高纯度的镍，某兴趣小组同学拟用铅蓄电池为电源，粗镍及石墨为电极，电解硝酸镍溶液对粗镍进行提纯．（已知，氧化性：Fe2+＜Ni2+＜Cu2+）
（1）电解结束后，阳极附近产生的沉淀物的主要成分为Ag、Cu（填化学式）．
（2）若按图2所示连接对铅蓄电池进行充电．充电一段时间后，B电极上的电极反应式为PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-．充电完毕，铅蓄电池的正极是B极（填“A”或“B”）．
（3）如用甲烷燃料电池为电源，在25℃、101kPa时，若CH4在氧气中直接燃烧生成1mol水蒸气放热401kJ，而l g水蒸气转化成液态水放热2.445kJ，则表示CH4燃烧热的热化学方程式为CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.02kJ/mol．

分析 I．（1）a点时未到化学反应的平衡，此时反应向正反应方向进行着，因此v正＞v逆，反应为CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），其平衡常数为$K=\frac{c（{H}_{2}O）c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}$，代入平衡浓度计算即可；
（2）仅改变某一实验条件再进行两次实验测得H2的物质的量随时间变化的关系，根据反应的焓变△H＜0，反应向气体数减少的方向进行，结合常用的影响化学平衡的方法分析：改变压强，改变温度，增加物质的量等等；体积不变再充入3molCO2和4mol H2，增加了反应物浓度，使化学平衡向正反应方向移动；
II．KI溶液在硫酸提供的酸性环境下，被氧气氧化成单质碘，碘单质遇到淀粉变蓝，通常利用此性质检验碘，从而判断反应速率的快慢；
III．（1）电解池中，与电源正极相连的一极是阳极，阳极上发生的反应为物质失去电子被氧化，还原性越强的金属，优先失去电子被氧化，按照金属活动性顺序分析；
（2）B电极为阳极，阳极发生的反应是物质失去电子被氧化，按图2装置对铅蓄电池充电，则在阳极发生的反应是PbSO4失去电子，生成PbO2，于此写出电极反应式；B电极充电完成后，产物是PbO2，放电时，PbO2需要变成PbSO4，这一个过程Pb得到电子被还原，做原电池的正极；
（3）在25℃、101kPa时，若CH4在氧气中直接燃烧生成1mol水蒸气放热401kJ，而l g水蒸气转化成液态水放热2.445kJ，据此可以写出两个热化学方程式，根据盖斯定律求总反应方程式，即生成液态水时反应的焓变．

解答 解：I．（1）根据图象可知，在a点时，反应没有达到化学平衡，此时反应朝着正反应方向进行着，则有v正＞v逆；发生的反应为：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），其反应的平衡常数为$K=\frac{c（{H}_{2}O）c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}$，平衡时，根据图象和反应的方程式可知，$c（{H}_{2}）=\frac{2}{2}=1mol/L$，$c（C{O}_{2}）=\frac{6-6×\frac{1}{3}}{2}=2mol/L$，$c（C{H}_{3}OH）=\frac{6×\frac{1}{3}}{2}=1mol/L$，$c（{H}_{2}O）=\frac{6×\frac{1}{3}}{2}=1mol/L$，分别代入平衡常数可求得$K=\frac{1mol×1mol}{（1mol/L）^{3}×2mol/L}=\frac{1}{2}{L}^{2}/mo{l}^{2}$．
故答案为：大于，$\frac{1}{2}{L}^{2}/mo{l}^{2}$；
（2）根据图象，已知反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），其焓变△H＜0，反应向气体数减少的方向进行，即体系混乱度降低，则熵变△S＜0，观察曲线1，达到平衡的时间缩短，且平衡时候向右进行的程度没有改变条件之前的大，可考虑改变的条件为升高温度；体积不变再充入3molCO2和4mol H2，增大了反应物浓度，化学平衡向正反应方向移动，生成更多的H2O（g），而容器体积不变，显然H2O（g）的体积分数增大．
故答案为：升高温度，增大；
II．KI溶液在硫酸提供的酸性环境下，被氧气氧化成单质碘，碘单质遇到淀粉变蓝，通常利用此性质检验碘，从而判断反应速率的快慢，所以应先加入淀粉溶液，后加入0.1mol/LH2SO4溶液，反应的离子方程式为：4H++4I-+O2=2I2+2H2O．
故答案为：淀粉溶液；0.1mol/LH2SO4溶液；4H++4I-+O2=2I2+2H2O；
III．（1）电解池中，与电源正极相连的一极是阳极，阳极上发生的反应为物质失去电子被氧化，还原性越强的金属，优先失去电子被氧化，已知氧化性：Fe2+＜Ni2+＜Cu2+，而粗镍样品中含Fe、Zn、Ag、Cu等四种金属杂质，金属离子的氧化性越强，则金属的还原性越弱，结合金属活动性顺序表，优先沉淀的应为Ag、Cu．故答案为：Ag、Cu；
（2）电解池中，与电源正极相连的一极是阳极，则B极为阳极，阳极发生的反应是物质失去电子被氧化，按图2装置对铅蓄电池充电，则在阳极发生的反应是PbSO4失去电子，生成PbO2，电极反应方程式为：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-；B电极充电完成后，产物是PbO2，放电时，PbO2需要变成PbSO4，这一个过程Pb得到电子被还原，做原电池的正极，因此B电极也是铅蓄电池原电池的正极．
故答案为：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-；B；
（3）如用甲烷燃料电池为电源，在25℃、101kPa时，若CH4在氧气中直接燃烧生成1mol水蒸气放热401kJ，此反应的热化学方程式为：①CH4（g）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H1=-802kJ/mol，l g水蒸气转化成液态水放热2.445kJ，即$\frac{1}{18}mol$水蒸气转化为水放热2.445kJ，此反应的热化学方程式为：②H2O（g）=H2O（l）△H2=-44.01kJ/mol，表示CH4燃烧热的方程式为CH4（g）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（l），此反应可由①+②×2可得，则由盖斯定律，此反应的焓变为△H=△H1+2△H2=-802-2×44.01=890.02kJ/mol，因此表示CH4燃烧热的热化学方程式为CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.02kJ/mol．
故答案为：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.02kJ/mol．

点评 本题考查化学平衡的移动，平衡常数的计算，碘单质的检验，氧化还原反应，电解原理和原电池原理以及热化学方程式的书写．需注意，实验平衡常数需带单位计算．本题考查知识点综合，题目难度不大，是基础题．

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A．肯定有KNO3，可能还含有Na2CO3B．肯定有Na2CO3，肯定没有KNO3
C．肯定没有Ba（NO3）2，可能有KNO3D．肯定没有Na2CO3和Ba（NO3）2
17．瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨-液氧燃料电池示意图如图，下列有关说法正确的是（　　）
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化学键H-HH-ClH-BrH-I
键能KJ•mol-1436.0431.8366298.7
A．氢气B．氯化氢C．溴化氢D．碘化氢

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