Question

12．研究化学反应中的能量变化有重要意义．请根据学过的知识回答下列问题：

Ⅰ．（1）已知一氧化碳与水蒸气反应过程的能量变化如图1所示：
①反应的热化学方程式为CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-1．
②已知：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ•mol^-1，
则C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H=+172kJ•mol^-1．
Ⅱ．图2是一个化学过程的示意图，回答下列问题：
（1）甲装置中通入CH₄的电极反应式为CH₄+10OH^--8e^-?CO₃ ^2-+7H₂O，
（2）一段时间，当丙池中产生112mL（标准状况下）气体时，均匀搅拌丙池，所得溶液在25℃时的物质的量浓度为0.01mol/L．（已知：NaCl溶液足量，电解后溶液体积为500mL）．若要使丙池恢复电解前的状态，应向丙池中通入HCl（写化学式）．
Ⅲ．汽车尾气里含有NO气体是由于内燃机燃烧的高温引起氮气和氧气反应所致：
N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．已知该反应在2404℃时，平衡常数K=64×10^-4．
（1）某温度下，向2L的密闭容器中充入N₂和O₂各1mol，5分钟后O₂的物质的量为0.5mol，则N₂的反应速率为0.05mol•L^-1•min^-1．
（2）将N₂、O₂的混合气体充入恒温恒容密闭容器中，下列变化趋势正确的是AC（填字母序号）．

（3）该温度下，某时刻测得容器内N₂、O₂、NO的浓度分别为2.5×10^-1mol•L^-1、4.0×10^-2mol•L^-1和3.0×10^-3mol•L^-1，此时反应向正反应方向进行（填“处于化学平衡状态”“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”），理由是因为浓度商小于平衡常数K．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）①根据图知，反应物是CO和水蒸气、生成物是二氧化碳和氢气，该反应的正反应是放热反应；
②根据盖斯定律计算反应热；
Ⅱ．（1）甲是原电池，通入甲烷的电极是负极，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水；
（2）丙池是电解池，C电极生成氯气、D电极生成氢气，且生成氯气和氢气物质的量之比为1：1，根据氯气和NaOH的关系式计算n（NaOH），再根据物质的量浓度公式计算氢氧化钠浓度；
根据析出什么加入什么原则加入物质使溶液恢复原状；
Ⅲ．（1）参加反应的氧气物质的量=1mol-0.5mol=0.5mol，根据方程式知，参加反应的氮气物质的量是0.5mol，则氮气反应速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
 （2）A．该反应的正反应是吸热反应，升高温度平衡正向移动；
B．催化剂改变反应速率但不影响平衡移动；
C．根据先拐先平数值大知，T₂＞T₁，升高温度，平衡正向移动，氮气转化率增大；
（3）根据浓度商与化学平衡常数相对大小确定反应方向．

解答 解：Ⅰ．（1）①根据图知，反应物是CO和水蒸气、生成物是二氧化碳和氢气，该反应的正反应是放热反应，热化学方程式为CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41 kJ•mol^-1，
故答案为：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41 kJ•mol^-1；
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41 kJ•mol^-1
C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ•mol^-1，
将第二个方程式-第一个方程式得C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H=（+131kJ•mol^-1）-（-41 kJ•mol^-1
）=+172 kJ•mol^-1，故答案为：+172 kJ•mol^-1；
Ⅱ．（1）甲是原电池，通入甲烷的电极是负极，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH₄+10OH^--8e^-?CO₃ ^2-+7H₂O，故答案为：CH₄+10OH^--8e^-?CO₃ ^2-+7H₂O；
（2）丙池是电解池，C电极生成氯气、D电极生成氢气，且生成氯气和氢气物质的量之比为1：1，生成氯气物质的量=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}×\frac{1}{2}$=0.0025mol，根据氯气和NaOH关系式得n（NaOH）=2n（Cl₂）=2×0.0025mol=0.005mol，则电解后c（NaOH）═$\frac{0.005mol}{0.5L}$=0.01mol/L；
阳极上生成氯气、阴极上生成氢气，相当于析出氯化氢，根据析出什么加入什么原则知，通入HCl气体能使溶液恢复原状，故答案为：0.01mol/L；HCl；
Ⅲ．（1）参加反应的氧气物质的量=1mol-0.5mol=0.5mol，根据方程式知，参加反应的氮气物质的量是0.5mol，则氮气反应速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{5min}$=0.05 mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.05 mol•L^-1•min^-1；
（2）A．该反应的正反应是吸热反应，升高温度平衡正向移动，则平衡常数增大，故正确；
B．催化剂改变反应速率但不影响平衡移动，所以NO平衡浓度相等，故错误；
C．根据先拐先平数值大知，T₂＞T₁，升高温度，平衡正向移动，氮气转化率增大，故正确；
故选AC；
（3）浓度商=$\frac{（3.0×1{0}^{-3}）^{2}}{2.5×1{0}^{-1}×4.0×1{0}^{-2}}$=9×10^-4＜K，则向正反应方向进行，
故答案为：向正反应方向移动；浓度商小于平衡常数K．

点评 本题考查化学平衡有关计算，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，涉及盖斯定律、平衡移动方向判断、原电池原理等知识点，明确基本理论内涵是解本题关键，易错点是电极反应式的书写，题目难度不大．