题目内容

16．化学反应原理在科研和生产中有广泛应用．

（1）利用“化学蒸气转移法”制备二硫化钽（TaS2）晶体，发生如下反应：
TaS2（s）+2I2（g）═TaI4（g）+S2（g）△H＞0   （Ⅰ）若反应（Ⅰ）的平衡常数K=1，向某恒容容器中加入1mol I2 （g）和足量TaS2s），I2 （g）的平衡转化率为66.7%．如图1所示，反应（Ⅰ）在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2 （g），一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1＜T2（填“＞”“＜”或“=”）．上述反应体系中循环使用的物质是I2．
（2）利用H2S废气制取氢气的方法有多种．
①高温热分解法
已知：H2S（g）═H2（g）+$\frac{1}{2}$S2（g）△H4在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H2S分解实验．以H2S起始浓度均为c mol•L-1测定H2S的转化率，结果如图2．图中a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率．△H4＞0（填＞，=或＜）；说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的进间缩短．
②电化学法
该法制氢过程的示意图如图3．反应后的溶液进入电解池，电解总反应的离子方程式为2Fe2++2H+ $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Fe3++H2↑．

分析 （1）设 I2的平衡转化率为x，则参加反应的I2为xmol，由方程式可知，平衡时生成TaI4和S2各0.5xmol，剩余I2为（1-x）mol，反应前后气体体积不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，根据K=$\frac{c（Ta{I}_{4}）×c（{S}_{2}）}{{c}^{2}（{I}_{2}）}$=1列方程计算；
该反应为吸热反应，温度T2端利于反应正向进行，应为高温，温度T1端利于反应向左进行，应为低温，反应中I2是可以循环使用的物质；
（2）①由图可知，随着温度升高，H2S的转化率也随之增大，所以升高温度平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应；
温度的升高，曲线b向曲线a逼近，反应速率加快，达到平衡时的时间缩短；
②电解池中亚铁离子失去电子，氢离子得到电子．

解答 解：（1）设 I2的平衡转化率为x，则参加反应的I2为xmol，由方程式可知，平衡时生成TaI4和S2各0.5xmol，剩余I2为（1-x）mol，反应前后气体体积不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，则K=$\frac{c（Ta{I}_{4}）×c（{S}_{2}）}{{c}^{2}（{I}_{2}）}$=$\frac{0.5x×0.5x}{（1-x）^{2}}$=1，解得：x=66.7%；
该反应为吸热反应，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，温度T2端利于反应正向进行，应为高温，温度T1端利于反应向左进行，应为低温，所以T1＜T2，I2是可以循环使用的物质；
故答案为：66.7%；＜；I2；
（3）①由图可知，随着温度升高，H2S的转化率也随之增大，所以升高温度平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，所以△H4＞0；
温度的升高，反应速率加快，达到平衡时的时间缩短，曲线b向曲线a逼近，
故答案为：＞；温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的进间缩短；
②电解池中亚铁离子失去电子，氢离子得到电子，电解总反应的离子方程式为：2Fe2++2H+ $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Fe3++H2↑，
故答案为：2Fe2++2H+ $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Fe3++H2↑．

点评 本题考查化学平衡有关计算与影响因素、化学平衡图象、电解原理等，是对学生综合能力的考查，难度中等．

练习册系列答案
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14．将一小块钠投入下列溶液时，既能产生气体又会出现白色沉淀的是（　　）
A．稀H2SO4B．氢氧化钠饱和溶液
C．硫酸铜溶液D．氯化铁溶液
7．碳元素是形成物种最多的元素之一，其中许多物质对人类来说有着极其重要的作用．

（1）石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，它是世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，同时也是导电性最好的材料．下列物质在一定条件下能与它反应的是ABD（填字母）．
A．氧气 B．单质氟 C．氢氧化钠溶液 D．浓硝酸
（2）①CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=+206kJ•mol-1
②CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H=-91kJ•mol-1
则CH4（g）与H2O（g）反应生成CH3OH（g）和H2（g）的热化学方程式为CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g）△H=+115kJ/mol．
（3）工业中用乙苯为原料，采用催化脱氢的方法制取苯乙烯的反应方程式为：
C6H5．CH2CH3（g）?C6H5．CH=CH2（g）+H2（g）△H
向体积为VL 的密闭容器中充入a mol 乙苯，反应达到平衡状态时，平衡体系组成（物质的量分数）
与温度的关系如图1所示，在600℃时，平衡体系中苯乙烯的物质的量分数为25%，则：
①计算600℃温度下该反应的平衡常数$\frac{a}{6V}$．
②分析上述平衡体系组成与温度的关系图1可知：△H1＞0（填“＞、=或＜”）．
（4）某科研组设计如图2装置，模拟“人工树叶”电化学实验装置如图2所示，该装置能将H2O 和CO2 转化为O2 和燃料（C3H8O）．该装置工作时，a 电极的反应为3CO2+18H++18e-=C3H8O+5H2O．
4．由于燃料电池汽车，尤其氢燃料电池汽车可以实现零污染排放，驱动系统几乎无噪音，且氢能取之不尽、用之不竭，燃料电池汽车成为近年来汽车企业关注的焦点．为了获得竞争优势，各国纷纷出台政策，加速推进燃料电池关键技术的研发．燃料电池的燃料有氢气、甲醇、汽油等．
（1）二氧化碳是地球温室效应的罪魁祸首，目前人们处理二氧化碳的方法之一是使其与氢气反应合成甲醇，甲醇是汽车燃料电池的重要燃料．已知氢气、甲醇燃烧的热化学方程式如下：
2H2（g）+O2 （g）=2H2O （l）△H=-571.6kJ•mol-1                 ①
CH3OH（l）+$\frac{3}{2}$O2（g）→CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.0kJ•mol-1  ②
写出二氧化碳与氢气合成甲醇液体的热化学方程式：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-131.4kJ•mol-1．
（2）有科技工作者利用稀土金属氧化物作为固体电解质制造出了甲醇一空气燃料电池．这种稀土金属氧化物在高温下能传导O2-．
①电池正极发生的反应是O2+4e-=2O2-；
负极发生的反应是CH2OH+4O2--8e-=CO2+2H2O．
②在稀土金属氧化物的固体电解质中，O2-的移动方向是从正极流向负极．
③甲醇可以在内燃机中燃烧直接产生动力推动机动车运行，而科技工作者却要花费大量的精力研究甲醇燃料汽车．主要原因是：燃料电池的能量转化率高．
11．一定条件下，将NO2与SO2以体积比1：2置于密闭容器中发生反应NO2（g）+SO2（g）?SO3（g）+NO（g），下列能说明反应达到平衡状态的是（　　）
A．体系压强保持不变
B．混合气体颜色保持不变
C．SO3和NO的体积比保持不变
D．每消耗1molSO3 的同时生成1molNO2
1．（1）在一个容积固定的反应器中，有一可左右滑动的密封隔板，两侧分别进行如图所示的可逆反应．各物质的起始加入量如下：A、B和C均为4.0mol、D为6.5mol、F为2.0mol，设E为x mol．当x在一定范围内变化时，均可以通过调节反应器的温度，使两侧反应都达到平衡，并且隔板恰好处于反应器的正中位置．请填写以下空白：
A （g）+B （g）?2C （g）D（g）+2E（g）?2F（g）
①若x=4.5，则右侧反应在起始时向正反应 （填“正反应“或“逆反应“）方向进行．欲使起始反应维持向该方向进行，则x的最大取值应小于7.0．
②若x分别为4.5和5.0，则在这两种情况下，当反应达平衡时，A的物质的量是否相等？不相等    （填“相等“、“不相等“或“不能确定“）．其理由是：因为这两种情况是在两个不同温度下达到化学平衡的，平衡状态不同，所以物质的量也不同．
（2）830K时，在密闭容器中发生下列可逆反应：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H＜0   试回答下列问题：
①若起始时c（CO）=2mol•L-1，c（H2O）=3mol•L-1，达到平衡时CO的转化率为60%，则在该温度下，该反应的平衡常数K=1；
②在相同温度下，若起始时c（CO）=2mol•L-1，c（H2O）=2mol•L-1，反应进行一段时间后，测得H2的浓度为0.5mol•L-1，则此时v（正）＞v（逆）（填“大于”“小于”或“等于”），达到平衡时CO的转化率为50%；
③若降低温度，该反应的K值将增大（填“增大”“减小”或“不变”，下同），该反应的化学反应速率将减小．
8．在恒温、恒容条件下发生下列反应：2X2O5（g）═4XO2（g）+O2（g）△H＞0，T温度下的部分实验数据为：
t/s050100150
c（X2O5）mol/L4.002.502.002.00
下列说法不正确的是（　　）
A．T温度下的平衡常数为K=64（mol/L）3，100s时转化率为50%
B．50s内X2O5分解速率为0.03 mol/（L•s）
C．T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1＞T2，则K1＞K2
D．若只将恒容改为恒压，其它条件都不变，则平衡时X2O5的转化率和平衡常数都不变
5．有K2SO4和Al2（SO4）3的混合溶液，已知其中Al3+的物质的量浓度为0.4mol•L-1，SO42-的物质的量浓度为0.7mol•L-1，则此溶液中K+的物质的量浓度（mol•L-1）为（　　）
A．0.1B．0.15C．0.2D．0.25
6．下列依据热化学方程式得出的结论正确的是（　　）
A．已知2SO2（g）+O2?2SO3（g）为放热反应，则SO2的能量一定高于SO3的能量
B．已知C（石墨，s）=C（金刚石，s）△H＞0，则金刚石比石墨稳定
C．已知2C（s）+2O2（g）=2CO2 （g）△H1  2C（s）+O2（g）=2CO（g）△H2则△H1＜△H2
D．已知H+（aq）+OH-（aq）=H2O（1）△H=-57.3kJ/mol，则任何酸碱中和的反应热均为57.3kJ

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