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(14分)碳、氮广泛的分布在自然界中,碳、氮的化合物性能优良,在工业生产和科技领域有重要用途。

(1)氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料,它可由SiO2与过量焦炭在1300~1700oC的氮气流中反应制得:3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)  Si3N4(s)+6CO(g)。⊿H =-1591.2 kJ/mol,则该反应每转移1mole—,可放出的热量为          。

(2)某研究小组现将三组CO(g)与H2O(g)的混合气体分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,一定条件下发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),得到如下数据:

① 实验Ⅰ中,前5min的反应速率v(CO2)=               。

②下列能判断实验Ⅱ已经达到平衡状态的是           。

a.容器内CO、H2O、CO2、H2的浓度不再变化      b.容器内压强不再变化

c.混合气体的密度保持不变                   d.v正(CO) =v逆(CO2)

e.容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化

③若实验Ⅲ的容器是绝热的密闭容器,实验测得H2O(g)的转化率H2O%随时间变化的示意图如下图所示, b点v正     v逆(填“<”、“=”或“>”),t3~t4时刻,H2O(g)的转化率H2O%降低的原因是                                      。

(3)利用CO与H2可直接合成甲醇,下图是由“甲醇-空气”形成的绿色燃料电池的工作原理示意图,写出以石墨为电极的电池工作时负极的电极反应式                     ,利用该电池电解1L 0.5mol/L的CuSO4溶液,当消耗560mLO2(标准状况下)时,电解后溶液的pH=         (溶液电解前后体积的变化忽略不计)。


【答案】(每空2分,共14分)(1)132.6kJ    (2)① 0.15mol·L-1·min-1   ②ad  ③>、该反应达到平衡后,因反应为放热反应且反应容器为绝热容器,故容器内温度升高,反应逆向进行     (3)CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+  、 1

【解析】(1)由方程式知在反应中C被氧化为CO,当有6molC参与反应时,转移12mole-,放出热量1591.2kJ,因此该反应每转移1mole—,可放出的热量为1591.2kJ /12=132.6 kJ。(2)①v(CO2)=v(H2)=1.5mol/(2L·5min)=0.15mol·L-1·min-1。②该反应反应前后气体物质的量、气体质量不变,因此无论反应是否平衡,容器内压强、混合气体平均相对分子质量以及混合气体密度均保持不变。③由图示知在c点(达到平衡)前,H2O的转化率一直升高,反应正向进行,故b点v正>v逆;由实验Ⅰ、Ⅱ平衡时数据可知随温度升高,反应平衡常数减小可知该反应为放热反应,故c~d段H2O的转化率降低的原因是:该反应正反应为放热反应,反应容器为绝热溶液,则容器内温度升高,反应达到平衡后逆向移动,导致H2O的转化率降低。(3)由图示该电池中有H+生成,且H+由负极移向正极可知电解质溶液为酸性,因此在负极CH3OH、H2O失电子氧化为CO2与H+,由此可写出电极反应式;由电子得失守恒知当消耗560mLO2(标准状况下)时,转移电子为0.1mol,故电解后溶液生成n(H+)=0.1mol,电解后溶液中c(H+)=0.1mol/L,故溶液pH=1。


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