Question

4．许多含碳、含氢物质是重要的化工原料．
（1）某新型储氢合金（化学式为Mg₁₇Al₁₂）的储氧原理为Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al，此变化中氧化产物是MgH₂（填化学式）．
（2）C₂O₃是一种无色无味的气体，可溶于水生成草酸（H₂C₂O₄），请写出它与足量NaOH溶液混合时反应的化学方程式：H₂C₂O₄+2NaOH=Na₂C₂O₄+2H₂O．
（3）已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₁=-198kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-846.3kJ•mol^-1

化学键	C≡O	O=O	C=O
键能（kJ•mol-1）	958.5	497	745

则CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）的△H=30.6KJ/mol．
（4）向容积为2L的某恒容密闭容器中充入3molCH₄、4molH₂O，测出温度为T℃时，容器内H₂物质的量浓度（mol/L）随时间的变化如图Ⅱ所示，图中Ⅰ、Ⅲ分别表示相对于Ⅱ仅改变反应条件后，c（H₂）随时间的变化
①若曲线Ⅰ代表的是仅变化一种条件后的情况，则改变的条件可能是升温，a、b两点后用CO浓度变化表示的反应速率关系为a＜b（填“＞”“＜”“=”）．
②曲线Ⅱ对应反应的平衡常数为54，该温度下，若将等物质的量浓度的CH₄、H₂O、CO、H₂混合在该容器中，则开始时H₂的生成速率无法确定（填“＞”“＜”“=”或“无法确定”）H₂的消耗速率．
③曲线Ⅲ相对于曲线Ⅱ改变的条件是b（填序号）．
a．降低温度    b．使用催化剂、降低温度    c．充入氦气．

Answer 1

分析 （1）氧化还原反应中元素化合价升高的被氧化得到氧化产物；
（2）C₂O₃是一种无色无味的气体，可溶于水生成草酸（H₂C₂O₄），与足量NaOH溶液混合发生酸碱中和反应生成盐和水；
（3）依据图表键能计算反应焓变，CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂ ，结合热化学方程式和盖斯定律计算③-②-3×①得到所需热化学方程式；
（4）①若曲线Ⅰ代表的是仅变化一种条件后的情况，曲线Ⅰ达到平衡所需时间少，说明反应速率快，且生成氢气浓度大，平衡正向进行，改变条件是升温；
②曲线Ⅱ对应反应的平衡常数=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$，结合三行计算列式计算平衡浓度计算得到，若将等物质的量浓度的CH₄、H₂O、CO、H₂混合在该容器中，计算此时浓度商和平衡常数比较判断反应进行的方向；
③曲线Ⅲ相对于曲线Ⅱ，达到平衡所需时间短，反应速率快，氢气浓度减小说明平衡逆向进行．

解答 解：（1）Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al，此变化中镁元素化合价0价变化为+2价，被氧化得到氧化产物是MgH₂，故答案为：MgH₂；
（2）C₂O₃是一种无色无味的气体，可溶于水生成草酸（H₂C₂O₄），与足量NaOH溶液混合发生酸碱中和反应生成盐和水，反应的化学方程式为：H₂C₂O₄+2NaOH=Na₂C₂O₄+2H₂O，故答案为：H₂C₂O₄+2NaOH=Na₂C₂O₄+2H₂O；
（3）CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂ =（958，5+$\frac{1}{2}$×497-2×745）KJ/mol=-282.9KJ/mol，
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₁=-198kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-282.9KJ/mol，
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-846.3kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算③-②-3×①得到CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=30.6KJ/mol，
故答案为：30.6KJ/mol；
（4）①若曲线Ⅰ代表的是仅变化一种条件后的情况，曲线Ⅰ达到平衡所需时间少，说明反应速率快，且生成氢气浓度大，平衡正向进行，改变条件是升温，a、b两点后，a点温度小于b点，所以用CO浓度变化表示的反应速率关系为a＜b，
故答案为：升温；＜；
②结合三行计算列式计算平衡浓度计算得到，图象中可知达到平衡状态氢气浓度为3mol/L，
                          CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L）  1.5              2               0            0
变化量（mol/L） 1                 1              1              3
平衡量（mol/L） 0.5              1               1              3
曲线Ⅱ对应反应的平衡常数=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$=$\frac{{3}^{3}×1}{0.5×1}$=54，
若将等物质的量浓度的CH₄、H₂O、CO、H₂混合在该容器中，设物质的量浓度为c，计算此时浓度商Qc=$\frac{{c}^{3}×c}{c×c}$=c²，和平衡常数无法比较大小，所以反应进行方向无法确定，开始时H₂的生成速率和氢气消耗数量无法确定，
故答案为：54；无法确定；
③曲线Ⅲ相对于曲线Ⅱ，达到平衡所需时间短，反应速率快，氢气浓度减小说明平衡逆向进行，
a．降低温度反应速率减小，达到平衡时间增大，故a错误；
b．使用催化剂加快反应速率、降低温度平衡逆向进行，氢气浓度减小，故b正确；
c．充入氦气总压增大，气体分压不变平衡不变，故c错误；
故答案为：b．

点评 本题考查了氧化还原反应、热化学方程式和盖斯定律计算应用、焓变的计算、反应速率和化学平衡影响因素分析判断、注意图象曲线变化的特征和化学平衡移动原理的理解应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．