Question

（14分）工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气：
①CO(g)＋H₂O(g)  CO₂(g)＋H₂(g)         △H＝－41 kJ/mol
某小组研究在相同温度下该反应过程中的能量变化。他们分别在体积均为V L的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应。相关数据如下：

容器编号	起始时各物质物质的量/mol				达到平衡的时间/min	达平衡时体系能量的变化/kJ
	CO	H2O	CO2	H2
①	1	4	0	0	t1		放出热量：32.8 kJ
②	2	8	0	0	t2		放出热量：Q

（1）该反应过程中，反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量        （填“大于”、“小于”或“等于”）生成物分子化学键形成时所释放的总能量。
（2）容器①中反应达平衡时，CO的转化率为                 %。
（3）计算容器②中反应的平衡常数K=                   。
（4）下列叙述正确的是              （填字母序号）。
A．平衡时，两容器中H₂的体积分数相等
B．容器②中反应达平衡状态时，Q > 65.6 kJ
C．反应开始时，两容器中反应的化学反应速率相等
D．容器①中，化学反应速率为：
（5）已知：②2H₂ (g) + O₂ (g) = 2H₂O (g)  ΔH＝－484 kJ/mol，写出CO完全燃烧生成CO₂的热化学方程式：                              。
（6）容器①中反应进行到t min时，测得混合气体中CO₂的物质的量为0.6 mol。若用200 mL 5 mol/L的NaOH溶液将其完全吸收，反应的离子方程式为（用一个离子方程式表示）                 。
（7）研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF₂-CaO作电解质，利用图中所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。

①写出阳极所发生反应的电极反应式：       。
②在制备金属钛前后，CaO的总量不变，其原因是（请结合反应式解释）         。

Answer 1

（1）小于；（2）80%。；（3）1   （4）A；（5）2CO(g) + O₂(g) ="==" 2CO₂(g)   △H =" -566" kJ/mol
（6）3CO₂ + 5OH^- ="==" 2CO₃^2- + HCO₃^- + 2H₂O
（7）① 2O^2- - 4e^- ="=" O₂↑或 C + 2O^2- - 4e^- ="=" CO₂↑
②制备TiO₂时，在电解槽发生如下反应：2CaO 2Ca + O₂↑，  2Ca + TiO₂Ti + 2CaO，
由此可见，CaO的量不变。
或： 制备TiO₂时，在电解槽发生如下反应：阴极：2Ca²⁺ + 4e^- ="=" 2Ca ；阳极：2O^2- - 4e^- ="=" O₂↑
2Ca + TiO₂Ti + 2CaO，，由此可见，CaO的量不变。

解析试题分析：（1）该反应过程中，反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量小于生成物分子化学键形成时所释放的总能量，所以发生化学反应时放出热量。（2）容器①中反应达平衡时，32.8 kJ ÷41 kJ =0.8，所以CO的转化率为80%；（3）由于容器①、容器②中的温度不变，所以反应的平衡常数相同。K=；（4）A. 由于该容器内的反应是反应前后气体体积相等的反应，两个容器内反应物的物质的量的比相等，所以达到平衡时，两容器中为等效平衡，故H₂的体积分数相等，正确；B．由于容器容器①、②是等效平衡，所以物质的量是①的2倍，放出的热量也是①的2倍，所以②中反应达平衡状态时，Q ="32.8" kJ×2=" 65.6" kJ；错误；C．反应开始时，由于②的物质的量是①的2倍，浓度越大，反应速率就越快，错误；D．化学反应速率是单位时间内物质的量浓度的改变数值，该反应是可逆反应，反应物不可能完全反应，故该选项错误。①×2+②整理可得：2CO(g) + O₂(g) ="==" 2CO₂(g)  △H =" -566" kJ/mol；（6）n(CO₂)="0.6" mol ;n(NaOH)=" 0.200L" ×5 mol/L=1mol,则n(CO₂)：n(NaOH)=3：5，所以化学方程式是：3CO₂ + 5OH^- ="==" 2CO₃^2- + HCO₃^- + 2H₂O；（7）①在阳极O^2-失去电子，发生氧化反应，所发生反应的电极反应式是：2O^2- - 4e^- ="=" O₂↑或写为C + 2O^2- - 4e^- ="=" CO₂↑；②在制备金属钛前后，CaO的总量不变，其原因是制备TiO₂时，在电解槽发生如下反应：阴极：2Ca²⁺ + 4e^- ="=" 2Ca ；阳极：2O^2- - 4e^- ="=" O₂↑；2Ca + TiO₂Ti + 2CaO，，由此可见，CaO的量不变。
考点：考查化学键的键能与反应热的关系、物质的平衡转化率、平衡状态的判断、离子方程式的书写、电解原理的应用的知识。