Question

13．工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气：
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
某小组研究在相同温度下该反应过程中的能量变化．他们分别在体积均为V L的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应．相关数据如下：

容器编号	起始时各物质物质的量/mol				达到平衡的时间/min	达平衡时体系能量的变化/kJ
	CO	H2O	CO2	H2
①	1	4	0	0	t1		放出热量：32.8 kJ
②	2	8	0	0	t2		放出热量：Q

（1）该反应过程中，反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量小于（填“大于”、“小于”或“等于”）生成物分子化学键形成时所释放的总能量．
（2）容器①中反应达平衡时，CO的转化率为80%．
（3）计算容器②中反应的平衡常数k=1
（4）下列叙述正确的是a（填字母序号）．
a．平衡时，两容器中H₂的体积分数相等
b．容器②中反应达平衡状态时，Q＞65.6kJ
c．反应开始时，两容器中反应的化学反应速率相等
d．容器①中，化学反应速率为：v（H₂O）=$\frac{4}{{Vt}_{1}}$mol/（L•min）
（5）已知：2H₂ （g）+O₂ （g）=2H₂O （g）△H=-484kJ/mol，写出CO完全燃烧生成CO₂的热化学方程式：2CO（g）+O₂（g）﹦2CO₂（g）△H=-566kJ/mol．
（6）容器①中反应进行到t min时，测得混合气体中CO₂的物质的量为0.6mol．若用200mL 5mol/L的NaOH溶液将其完全吸收，反应的离子方程式为（用一个离子方程式表示）3CO₂+5OH^-═2CO₃^2-+HCO₃^-+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）正反应为放热反应，则断键吸收的总能量小于成键放出的总能量；
（2）平衡时放出热量为32.8 kJ，则参加反应的CO为$\frac{32.8kJ}{41kJ/mol}$=0.8mol，进而计算CO转化率；
（3）容器①、②温度相同，平衡常数相同，根据容器①中消耗CO物质的量，计算平衡时各物质的物质的量，反应前后气体体积不变，用物质的量代替浓度代入K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$计算平衡常数；
（4）a．容器①、②中CO、H₂O起始物质的量之比均为1：4，反应前后气体体积不变，恒温恒容下二者为等效平衡，平衡时同种物质的含量相等；
b．容器①、②为等效平衡，平衡时CO转化率相等，计算容器②中反应CO的物质的量，结合热化学方程式计算放出的热量；
c．浓度越大，反应速率越快；
d．由方程式可知生成的水的物质的量等于消耗CO物质的量，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂O）；
（5）已知：①CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （g）△H=-484kJ/mol，
根据盖斯定律，①×2+②可得：2CO（g）+O₂（g）﹦2CO₂（g）；
（6）（6）容器①中反应进行到t min时，测得混合气体中CO₂的物质的量为0.6mol，n（NaOH）=0.2L×5mol/L=1mol，1：2＜n（CO₂）：n（NaOH）=0.6：1=3：5＜1：1，故生成Na₂CO₃、NaHCO₃，根据钠离子守恒、碳原子守恒列方程计算Na₂CO₃、NaHCO₃的物质的量，进而书写离子方程式．

解答 解：（1）正反应为放热反应，反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量小于生成物分子化学键形成时所释放的总能量，
故答案为：小于；
（2）平衡时放出热量为32.8 kJ，则参加反应的CO为$\frac{32.8kJ}{41kJ/mol}$=0.8mol，则CO转化率为$\frac{0.8mol}{1mol}$×100%=80%，
故答案为：80%；
（3）容器①、②温度相同，平衡常数相同，容器①中消耗CO物质的量为0.8mol，则：
             CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1      4         0       0
变化量（mol）：0.8    0.8       0.8     0.8
平衡量（mol）：0.2    3.2       0.8     0.8
反应前后气体体积不变，用物质的量代替浓度计算平衡常数，则K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.8×0.8}{0.2×3.2}$=1，
故答案为：1；
（4）a．容器①、②中CO、H₂O起始物质的量之比均为1：4，反应前后气体体积不变，恒温恒容下二者为等效平衡，两容器中H₂的体积分数相等，故a正确；
b．容器①、②为等效平衡，平衡时CO转化率相等，容器②中反应CO的物质的量为2mol×80%=1.6mol，放出的热量为1.6mol×41kJ/mol=65.6kJ，故b错误；
c．容器②中反应物起始浓度比①中的大，故容器②中开始反应速率较快，故c错误；
d．由方程式可知生成的水的物质的量等于消耗CO物质的量，则v（H₂O）=$\frac{\frac{0.8mol}{VL}}{{t}_{1}min}$=$\frac{0.8}{V{t}_{1}}$mol/（L．min），故d错误，
故选：a；
（5）已知：①CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （g）△H=-484kJ/mol，
根据盖斯定律，①×2+②可得：2CO（g）+O₂（g）﹦2CO₂（g）△H=-566kJ/mol，
故答案为：2CO（g）+O₂（g）﹦2CO₂（g）△H=-566kJ/mol； 
（6）容器①中反应进行到t min时，测得混合气体中CO₂的物质的量为0.6mol，n（NaOH）=0.2L×5mol/L=1mol，1：2＜n（CO₂）：n（NaOH）=0.6：1=3：5＜1：1，故生成Na₂CO₃、NaHCO₃，设Na₂CO₃、NaHCO₃的物质的量分别为xmol、ymol，则$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.6}\\{2x+y=1}\end{array}\right.$，解得x=0.4，y=0.2，故反应离子方程式为：3CO₂+5OH^-═2CO₃^2-+HCO₃^-+2H₂O；
故答案为：3CO₂+5OH^-═2CO₃^2-+HCO₃^-+2H₂O．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数、盖斯定律应用、离子方程式书写等，注意理解效平衡规律：1、恒温恒容，反应前后气体体积不等，按化学计量数转化一边，对应物质满足等量；反应前后气体体积相等，按化学计量数转化一边，对应物质满足等比，2：恒温恒压，按化学计量数转化一边，对应物质满足等比．