Question

18．碳、氮广泛的分布在自然界中，碳、氮的化合物性能优良，在工业生产和科技领域有重要用途．
（1）氮化硅（Si₃N₄）是一种新型陶瓷材料，它可由SiO₂与过量焦炭在1300～1700°C的氮气流中反应制得：3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）该反应放出1591.2kJ的能量，则该反应每转移1mole^-，可放出的热量为132.6kJ．
（2）某研究小组现将三组CO（g）与H₂O（g）的混合气体分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，一定条件下发生反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达平衡所需时间/min
		CO	H2O	CO	H2
1	650	2	4	0.5	1.5	5
2	900	1	2	0.5	0.5	-

①实验Ⅰ中，前5min的反应速率v（H₂O）=0.15mol•L^-1•min^-1．
②下列能判断实验Ⅱ已经达到平衡状态的是be．
a．混合气体的密度保持不变      b．容器内CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度比不再变化
c．容器内压强不再变化    d．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
e． v_正（CO）=v_逆（H₂ O）
③若实验Ⅲ的容器是绝热的密闭容器，实验测得H₂O（g）的转化率H₂O%随时间变化的示意图如图1所示，b点v_正＞v_逆（填“＜”、“=”或“＞”）．

（3）利用CO与H₂可直接合成甲醇，下图是由“甲醇（CH₃OH）-空气”形成的绿色燃料电池的工作原理示意图2，写出以石墨为电极的电池工作时负极的电极反应式CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）根据方程式3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）△H=-1591.2kJ/mol，可知每转移12mol电子，放出1591.2kJ热量，据此计算；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（CO₂）；
②a．恒容条件下，反应物和产物都是气体，密度始终不变；
b．容器内CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度不再变化，则说明反应处于平衡状态；
c．恒温、恒容条件下，气体的总物质的量始终不变，压强始终不变；
d．该反应气体的物质的量不变，气体的质量也不变，所以反应过程中气体的平均相对分子质量不变；
e．v_正（CO）=υ_逆（CO₂），转化成CO₂的正、逆反应速率相等；
③c到达平衡，而b点未达到平衡，正反应速率减小，逆反应速率增大至相等；该反应达到平衡后，因反应为放热反应且反应容器为绝热容器，故容器内温度升高，反应逆向进行；
（3）通甲醇（CH₃OH）的一极为负极，电极的电池工作时负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．

解答 解：（1）根据方程式3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）△H=-1591.2kJ/mol，可知每转移12mol电子，放出1591.2kJ热量，所以每转移1mole^-，可放出的热量为132.6kJ，
故答案为：132.6kJ；
（2）①v（H₂）=$\frac{\frac{1.5mol}{2L}}{5min}$=0.15mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，则v（CO₂）=v（H₂）=0.15mol/（L．min），
故答案为：0.15mol/（L．min）；
②a．恒容条件下，反应物和产物都是气体，密度始终不变，故错误；
b．容器内CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度不再变化，则说明反应处于平衡状态，故正确；
c．恒温、恒容条件下，气体的总物质的量始终不变，压强始终不变，故错误；
d．该反应气体的物质的量不变，气体的质量也不变，所以反应过程中气体的平均相对分子质量不变，故错误；
e．v_正（CO）=υ_逆（CO₂），转化成CO₂的正、逆反应速率相等，故正确；
故选：be；
③c到达平衡，而b点未达到平衡，正反应速率减小，逆反应速率增大至相等，故b点υ_正＞υ_逆；
故答案为：＞；
（3）通甲醇（CH₃OH）的一极为负极，电极的电池工作时负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，故答案为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．

点评 本题考查的知识点较多，既考查了电化学又考查了反应热的问题，对学生综合运用知识能力有一定的要求，特别是根据图中信息写电极反应，要求学生有较好从图中获取信息的能力，整个题目难度较大．