Question

15．（1）已知25℃和101kPa时
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-a kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-b kJ/mol
③C₂H₅OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₃=-c kJ/mol
试计算2CO（g）+4H₂（g）═H₂O（l）+C₂H₅OH（l）的△H=-（2a+4b-c）kJ/mol．
（2）对反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图所示．下列说法 不正确的是BC．
A．A、C两点的反应速率：A＜C
B．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＞C
C．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
D．由状态A到状态B，可以用降温的方法
（3）在100℃时，将0.50mol的NO₂气体充入2L抽空的密闭容器中，每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析，得到如表数据：

时间（s）	0	20	40	60	80
n（NO2）/mol	0.50	n1	0.34	n3	n4
n（N2O4）/mol	0.00	0.05	n2	0.10	0.10

①上述条件下，前20秒二氧化氮的平均反应速率为0.0025mol/（L•s），平衡时二氧化氮的转化率为40%．
②该温度下，反应的平衡常数K值为2.2．（保留一位小数）
（4）甲醇-空气的燃料电池（电解质为KOH溶液）得到广泛应用，请写出该燃料电池负极的电极反应式CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，若通入空气之前电解质KOH溶液的浓度为0.6mol/L，体积为100mL，当电子转移0.15mol后电解质溶液的pH为13．（体积保持不变，室温条件）
（5）电离度指弱电解质在溶液里达电离平衡时，已电离的电解质分子数占原来总分子数的百分数．若室温下，c mol/L氨水的电离平衡常数为K_b，则该氨水的电离度 α=$\sqrt{\frac{{K}_{b}}{c}}$．（请用c和K_b表示，可进行近似计算）

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，由已知热化学方乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数并进行相应的加减，据此计算；
（2）N₂O₄（g）═2NO₂（g）△H=+57kJ•mol^-1，该反应为吸热反应，升高温度，化学平衡正向移动，NO₂的体积分数增大；增大压强，化学平衡逆向移动，NO₂的体积分数减小，结合图象来分析解答；
（3）①根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算前20秒用四氧化二氮表示的反应速率，然后利用反应速率与计量数成正比计算用二氧化氮的平均反应速率；
列出反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）的三段式，据此计算平衡时二氧化氮的平均反应速率及转化率；
②化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值；
（4）燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，碱溶液中生成碳酸钾，氧气在正极得到电子生成氢氧根离子；根据电极总反应2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O计算出消耗氢氧化钾的物质的量，然后计算出反应溶液中氢氧化钾的浓度，最后计算出溶液dpH；
（5）设电离的一水合氨为x，则
      NH₃．H₂O?NH₄⁺+OH^-，
         C               0        0
转化   x                x        x
平衡 c-x             x         x
K_b=$\frac{x×x}{c-x}$，据此进行计算．

解答 解：（1）已知：①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-a kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-b kJ/mol
③C₂H₅OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₃=-c kJ/mol，
根据盖斯定律，①×2-③+②×4得：2CO（g）+4H₂（g）=H₂O（l）+C₂H₅OH（l）△H_.4=2△H₁-△H₃+4△H₂=2×（-akJ/mol）-（-ckJ/mol）+4×（-bkJ/mol）=-（2a+4b-c）kJ/mol，
故答案为：-（2a+4b-c）kJ/mol；
（2）A．由图象可知，A、C两点都在等温线上，C的压强大，则A、C两点的反应速率：A＜C，故A正确；
B．B、C两点二氧化氮的体积分数相同，则气体的平均相对分子质量：B=C，故B错误；
C．由图象可知，A、C两点都在等温线上，C的压强大，与A相比C点平衡向逆反应进行，向逆反应进行是由于减小体积增大压强，平衡移动的结果降低NO₂浓度增大趋势，但到达平衡仍比原平衡浓度大，平衡时NO₂浓度比A的浓度高，NO₂为红棕色气体，则A、C两点气体的颜色：A浅，C深，故C错误；
D．降低温度，化学平衡逆向移动，NO₂的体积分数减小，由图象可知，A点NO₂的体积分数大，则T₁＜T₂，由状态A到状态B，可以用降温的方法，故D正确；
故答案为：BC；
（3）发生反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）
反应前（mol）  0.50              0
转化  （mol）  0.20             0.10
平衡时（mol） 0.30             0.10
①前20秒N₂O₄的平均反应速率为v（N₂O₄）=$\frac{\frac{0.05mol}{2L}}{20s}$=0.00125mol/（L•s），化学反应速率与化学计量数成正比，则v（NO₂）=2v（N₂O₄）=0.0025mol/（L•s）；
平衡时二氧化氮的转化率为：$\frac{0.20mol}{0.50mol}$×100%=40%，
故答案为：0.0025mol/（L•s）；40%；
②该温度下，达到平衡时c（N₂O₄）=$\frac{0.10mol}{2L}$=0.05mol/L、c（NO₂）=$\frac{0.30mol}{2L}$=0.15mol/L，该反应的平衡常数K=$\frac{0.05}{0.1{5}^{2}}$≈2.2，
故答案为：2.2；
（4）甲醇-空气燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，在碱溶液中生成碳酸盐，C的化合价有-2价变为+4价，每摩C转移6摩电子，依据电荷守恒和原子守恒，写出电极反应式，电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，氧气在正极得到电子发生还原反应，电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，电极总反应为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，根据反应可知，当电子转移0.15mol后消耗KOH的物质的量为：0.15mol×$\frac{4}{12}$=0.05mol，则反应后溶液中氢氧根离子浓度为：0.6mol/L-$\frac{0.05mol}{0.1L}$=0.1mol/L，所以反应后溶液的pH=13，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；13；
（5）设电离的一水合氨为x，则
      NH₃．H₂O?NH₄⁺+OH^-，
         C               0        0
转化   x                x        x
平衡 C-x             x         x
则：K_b=$\frac{x×x}{c-x}$，解得：x=$\sqrt{c{K}_{b}}$，
则该氨水的电离度a=$\frac{x}{c}$=$\frac{\sqrt{c{K}_{b}}}{c}$=$\sqrt{\frac{{K}_{b}}{c}}$，
故答案为：$\sqrt{\frac{{K}_{b}}{c}}$．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡的计算、反应热与焓变、电解原理及电离平衡常数的计算等知识，题目难度中等，注意掌握化学平衡及其影响因素，明确反应热与焓变的关系，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析能力及灵活应用能力．