Question

2．碱金属元素的单质及其化合物被广泛应用于生产、生活中．
（1）在25℃，101kPa下：2Na（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═Na₂O（s）△H₁=-414kJ•mol^-1
2Na（s）+O₂（g）═Na₂O₂（s）△H₂=-511kJ•mol^-1
①Na₂O₂（s）+2Na（s）═2Na₂O（s）△H=-317kJ•mol^-1
②一定量的Na在足量O₂中充分燃烧，参加反应的O₂体积为5.6L（标况下），则该反应过程中转移电子的数目为3.01×10²⁵或0.5N_A．
（2）金属锂广泛应用于化学电源制造，锂水电池就是其中一种产品．该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，加入水即可放电．总反应为：2Li+2H₂O═2LiOH+H₂↑
①锂水电池放电时，OH^-向负极移动．
②写出该电池放电时正极的电极反应式：2H₂O+2e?=2OH?+H₂↑．
③电解熔融LiCl可以制备金属Li．但LiC1熔点在873K以上，高温下电解，金属Li产量极低．经过科学家不断研究，发现电解LiCl-KCl的熔盐混合物可以在较低温度下生成金属Li．你认为，熔盐混合物中KCl的作用是降低LiCl的熔点．写出电解该熔盐混合物过程中阳极的电极反应式：2Cl?-2e?=Cl₂↑．
（3）最新研究表明，金属钾可作工业上天然气高温重整的催化剂，有关反应为：CH₄（g）+H₂O═CO（g）+3H₂（g）一定温度下，向2L容积不变的密闭容器中充入4molCH₄（g）和6mo1H₂O（g）发生反应，10min时，反应达到平衡状态，测得CH₄（g）和H₂（g）的物质的量随时间变化的曲线如图所示．
①0～10min内用v（CO）表示的化学反应速率为0.1mol•L^-1•min^-1．
②下列叙述中，能够证明该反应已达到平衡状态的是b（填序号）．
a．生成3molH-H键的同时有4molC-H键断裂
b．其他条件不变时，反应体系的压强保持不变
c．反应混合气体的质量保持不变
d．c（H₂O）：c（H₂）=1：3
③此温度下，该反应的化学平衡常数K=13.5mo1²•L^-2．

Answer 1

分析 （1）①已知①2Na（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Na₂O（s）△H=-414kJ•mol^-1
②2Na（s）+O₂（g）=Na₂O₂（s）△H=-511kJ•mol^-1
由盖斯定律：2×①-②得Na（s）+Na₂O₂（s）=2Na₂O（s）据此计算；
②求出氧气的物质的量，然后根据反应后氧元素的化合价为-1价来分析；
（2）①原电池中，阴离子移向原电池的负极；
②正极上是水溶液中的H⁺放电；
③熔盐混合物中KCl有降低熔点的作用；电解该熔盐混合物过程Cl^-在阳极放电；
（3）①根据题干和图象所给的信息，可以求出V（CH₄），然后根据反应速率之比等于计量数之比来计算；
②a．生成3molH-H键意味着生成3mol氢气，同时有4molC-H键断裂意味着有1mol甲烷消耗；
b．此反应的正反应方向是个气体的物质的量增大的反应；
c．此反应是全部是气体参与和生成的反应；
d．当反应达平衡时，各物质的浓度之间无必然的数值联系；
③根据平衡常数K=$\frac{[CO][{H}_{2}]^{3}}{[C{H}_{4}][{H}_{2}O]}$来计算．

解答 解：（1）①已知①2Na（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Na₂O（s）△H=-414kJ•mol^-1
②2Na（s）+O₂（g）=Na₂O₂（s）△H=-511kJ•mol^-1
由盖斯定律：2×①-②得Na（s）+Na₂O₂（s）=2Na₂O（s）△H=2×（-414）-（-511）=-317 kJ•mol^-1；
故答案为：-317；
②标况下，5.6L氧气的物质的量n=$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，而反应后氧元素的化合价为-1价，故1mol氧气转移2mol电子，则0.25mol氧气转移0.5mol电子，即3.01×10²⁵或0.5N_A个，故答案为：3.01×10²⁵或0.5N_A；
（2）①原电池中，阴离子移向原电池的负极，故OH^-会向负极移动，故答案为：负；
②正极上是水电离出的H⁺放电，故正极反应式为：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，故答案为：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；
③通过题干可知，熔盐混合物中KCl有降低熔点的作用；电解该熔盐混合物过程Cl^-在阳极放电，电极反应式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
故答案为：能降低LiC1的熔点；2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（3）①根据题干和图象所给的信息，可知甲烷的反应速率V（CH₄）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△T}$=$\frac{\frac{2mol}{2L}}{10min}$=0.1mol/（L•min），而反应速率之比等于计量数之比，故V（C）=0.1mol/（L•min），故答案为：0.1mol/（L•min）；
②a．生成3molH-H键意味着生成3mol氢气，同时有4molC-H键断裂意味着有1mol甲烷消耗，而消耗1mol甲烷必定生成3mol氢气，与反应是否达平衡无关，故a错误；
b．此反应的正反应方向是个气体的物质的量增大的反应，故在平衡之前，容器的压强会不断增大，现在体系压强不变，则说明平衡，故b正确；
c．此反应是全部是气体参与和生成的反应，故无论反应是否达到平衡，气体的总质量一直不变，故质量不变不能说明反应达平衡，故c错误；
d．当反应达平衡时，各物质的浓度之间无必然的数值联系，故当c（H₂O）：c（H₂）=1：3时，反应不一定平衡，故d错误．
故选b；
③根据题干和图象信息可知：CH₄（g）+H₂O（g）$\frac{\underline{催化剂}}{△}$CO（g）+3H₂（g）．
初始C（mol/L）：2        3             0        0
转化C（mol/L）：1        1             1        3
平衡C（mol/L）：1        2             1        3

平衡常数K=$\frac{[CO][{H}_{2}]^{3}}{[C{H}_{4}][{H}_{2}O]}$=$\frac{1×{3}^{3}}{1×2}$=13.5．
故答案为；13.5．

点评 本题综合考查了盖斯定律的应用、电极反应的书写和平衡常数的计算等内容，综合性较强，是高考的热点和难点，题目难度中等．