Question

5．运用所学化学原理，解决下列问题：
（1）已知：Si+2NaOH+H₂O═Na₂SiO₃+2H₂．某同学利用单质硅和铁为电极材料设计原电池（NaOH为电解质溶液），该原电池负极的电极反应式为Si+6OH^--4e^-=SiO₃^2-+3H₂O；
（2）已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1；②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H=b kJ•mol^-1；③Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H=c kJ•mol^-1．工业上生产粗硅的热化学方程式为2C（s）+SiO₂（s）=Si（s）+2CO（g）△H=（a+b-c）kJ•mol^-1；
（3）已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）．表为该反应在不同温度时的平衡常数．则：该反应的△H＜0（填“＜”或“＞”）；500℃时进行该反应，且CO和H₂O起始浓度相等，CO平衡转化率为75%．

温度℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

Answer 1

分析 （1）负极发生氧化反应，Si在负极上失去电子，碱性条件下生成硅酸根与水，结合电荷守恒和原子守恒书写；
（2）根据盖斯定律书写目标热化学方程式；，已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1；
②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H=b kJ•mol^-1；
③Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H=c kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，①+②-③得到所需热化学方程式；
（3）由表中数据可知，升高温度，平衡常数减小，平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应；
CO和H₂O起始浓度相等，令他们的浓度为1mol/L，设平衡时CO的浓度变化量为xmol/L，利用三段式表示出平衡时各组分的浓度，根据平衡常数列方程计算，进而计算CO转化率．

解答 解：（1）负极发生氧化反应，Si在负极上失去电子，碱性条件下生成硅酸根与水，负极电极反应式为：Si+6OH^--4e^-=SiO₃^2-+3H₂O，
故答案为：Si+6OH^--4e^-=SiO₃^2-+3H₂O；
（2）已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1；
②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H=b kJ•mol^-1；
③Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H=c kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，①+②-③得：2C（s）+SiO₂（s）=2CO（g）+Si（s）△H=（a+b-c） kJ•mol^-1，
故答案为：2C（s）+SiO₂（s）=2CO（g）+Si（s）△H=（a+b-c） kJ•mol^-1；
（3）由表中数据可知，升高温度，平衡常数减小，平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，即△H＜0；
CO和H₂O起始浓度相等，令他们的起始浓度为1mol/L，设平衡时CO的浓度变化量为xmol/L，则：
                         CO（g）+H₂O（g）═H₂（g）+CO₂（g）
开始（mol/L）：1              1               0            0
转化（mol/L）：x             x               x            x
平衡（mol/L）：1-x        1-x             x            x
故 $\frac{{x}^{2}}{（1-x）^{2}}$=9，解得x=0.75，
故CO的转化率=$\frac{0.75mol/L}{1mol/L}$×100%=75%，
故答案为：＜；75%．

点评 本题考查原电池、热化学方程式、化学平衡计算等，侧重对基础知识的巩固，负极电极反应式可以利用电荷守恒和原子守恒书写，难度不大．