Question

14．【化学-选修2化学与技术】
许多含碳、氢物质是重要的化工原料．
（1）某新型储氢合金（化学式为Mg₁₇Al₁₂）的储氢原理为Mg₁₇Al₁₂+17H₂═17MgH₂+12Al，此变化中还原产物是MgH₂（填化学式）．
（2）草酸的钙盐、钡盐、镁盐难溶于水．已知C₂O₃是无色无味气体，可溶于水生成草酸（H₂C₂O₄），写出它溶于足量Ba（OH）₂溶液发生反应的化学方程式C₂O₃+Ba（OH）₂=BaC₂O₄↓+H₂O．
（3）已知：几个热化学方程式如下：
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（CO2中）
键能（kJ•mol-1）	958.5	497	745

写出甲烷与水蒸气在高温下制备合成气（CO，H₂）的热化学方程式CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=30.7KJ/mol．
（4）向2L恒容密闭容器中充入3mol CH₄（g）、4mol H₂O（g），发生反应制备CO、H₂，测得温度为t℃时，容器内H₂的物质的量浓度（mol•L^-1）随时间的变化如图中II曲线所示．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仅代表改变一种条件后的情况，则改变的条件可能是升温；a、b两点用CO浓度变化表示的净反应速率关系为a＜b；
②曲线II对应反应的平衡常数K为54．该温度下，若将等物质的量浓度的CH₄（g）、H₂O（g）、CO（g）、H₂（g）混合充入该容器中，则开始进行方向是无法确定（填：向左、向右、平衡或无法确定）．
③曲线III相对于曲线II改变的条件是B．
A．降低温度     B．使用催化剂、降低温度    C．加压．

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Ba（OH）₂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Ba（OH）₂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：C₂O₃+Ba（OH）₂=BaC₂O₄↓+H₂O，故答案为：C₂O₃+Ba（OH）₂=BaC₂O₄↓+H₂O；
（3）CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂ =（958.5+$\frac{1}{2}$×497-2×745）KJ/mol=-283KJ/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=30.7KJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=30.7KJ/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；a＜b；
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．