Question

“温室效应”是全球关注的环境问题之一．CO₂是目前大气中含量最高的一种温室气体．因此，控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径．
（1）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①实验1条件下平衡常数K=

 

（取小数点后二位数字）．
②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则

a

b

 的值

 

（填具体值或取值范围）．
③实验4，若900℃时，在此容器中加入10molCO，5molH2O，2molCO₂，5molH₂，则此时V（正）

 

 V（逆）（填“＜”，“＞”，“=”，）．
（2）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10-9．CaCl2溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4 mo1/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为

 

．
（3）已知BaSO₄（s）+4C（s）=4CO（g）+BaS（s）；△H₁=571.2kJ/mol，BaSO₄（s）+2C（s）=2CO₂（g）+BaS（s）；△H₂=226.2kJ/mol．则反应C（s）+CO₂（g）=2CO（g）的△H₃=

 

kJ/mol．
（4）寻找新能源是解决温室效应的一条重要思路．磷酸亚铁锂LiFePO₄是一种新型汽车锂离子电池，总反应为：FePO4+Li 

放电

充电

 LiFePO₄，电池中的固体电解质可传导Li+，则该电池放电时的正极和负极反应式分别为：

 

和

 

．若用该电池电解蒸馏水（电解池电极均为惰性电极），当电解池两极共有3360mL气体（标准状况）产生时，该电池消耗锂的质量为

 

．（Li的相对原子质量约为7.0）

Answer 1

考点：化学平衡的计算,有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：

分析：（1）①先求得各物质平衡时的浓度，再根据平衡常数等于生成物浓度系数次幂之积除以反应物浓度系数次幂之积求得平衡常数；
②在反应中当反应物的物质的量之比等于化学计量数之比时，各反应物的转化率相等，某一种反应物越多，其转化率越低，而另一种反应物的转化率则越高，据此答题；
③依据实验2计算平衡常数，平衡常数随温度变化，温度相同平衡常数相同，根据浓度商Qc与平衡常数K的大小，判断反应进行的方向，进而确定正逆反应的速率；
（2）Na₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=5.0×10^-5mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）计算沉淀时混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍；
（3）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到反应的焓变；
（4）电池放电时原电池原理，Li失电子发生氧化反应做原电池负极，FePO₄在正极得到电子发生还原反应生成LiFePO₄；结合电解水计算电子转移，依据电子守恒和电极反应计算消耗锂的质量．

解答： 解：（1）平衡时CO的物质的量为1.6mol，则：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
开始（mol）：4        2        0        0
变化（mol）：1.6     1.6      1.6     1.6
平衡（mol）：2.4     0.4      1.6     1.6
所以平衡常数K=

1.6mol 2L × 1.6mol 2L

2.4mol 2L × 0.4mol 2L

=2.67，故答案为：2.67；
②在反应中当反应物的物质的量之比等于化学计量数之比时，各反应物的转化率相等，某一种反应物越多，其转化率越低，而另一种反应物的转化率则越高，所以要使CO的转化率大于水蒸气，则0＜

a

b

＜1，故答案为：0＜

a

b

＜1；
③实验2达到平衡状态和实验3的温度相同，平衡常数相同，平衡时CO的物质的量为1.6mol，则：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
开始（mol）：2       1        0        0
变化（mol）：0.4     0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6     0.6      0.4      0.4
所以平衡常数K=

0.4mol 2L × 0.4mol 2L

1.6mol 2L × 0.6mol 2L

=0.17，实验4，若900℃时，在此容器中加入10molCO，5molH2O，2molCO₂，5molH₂，浓度商Qc=

2mol 2L × 5mol 2L

10mol 2L × 5mol 2L

=0.2＞0.17=K，所以此时平衡要逆向移动，故V_正＜V_逆，故答案为：＜；
（3）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=1.0×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

1.0×10-4

mol/L=2.8×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L，故答案为：5.6×10^-5mo1/L；
（3）①BaSO₄（s）+4C（s）=4CO（g）+BaS（s）；△H₁=571.2kJ/mol，
②BaSO₄（s）+2C（s）=2CO₂（g）+BaS（s）；△H₂=226.2kJ/mol；
则依据盖斯定律计算

①-②

2

得到反应的热化学方程式为：C（s）+CO₂（g）=2CO（g）的△H₃=+172.5 KJ/mol；
故答案为：172.5；    
（4）电池放电时原电池原理，Li失电子发生氧化反应做原电池负极，电极反应为：Li-e^-=Li⁺；FePO₄在正极得到电子发生还原反应生成LiFePO₄，电极反应为：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；若用该电池电解蒸馏水（电解池电极均为惰性电极），当电解池两极共有3360mL气体（标准状况）产生时，气体物质的量=

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，生成氢气物质的量=

2

3

×0.15mol=0.1mol，依据电子守恒和电极反应计算，
     H₂～2Li～2e^-
0.1mol   0.2mol
消耗锂的质量=0.2mol×7g/mol=1.4g；
故答案为：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；Li-e^-=Li⁺；1.4g．

点评：本题主要考查了氧化还原反应的配平、化学平衡常数的计算、转化率的应用、沉淀溶解的计算、电化学知识等知识点，综合性较强，中等难度，解题时注意对基础知识的灵活运用．