Question

“溫室效應”是全球關注的環(huán)境問題之一．CO₂是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體．因此，控制和治理CO2是解決溫室效應的有效途徑．
（1）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(shù)據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實驗1條件下平衡常數(shù)K=

 

（取小數(shù)點后二位數(shù)字）．
②實驗3中，若平衡時，CO的轉化率大于水蒸氣，則

a

b

 的值

 

（填具體值或取值范圍）．
③實驗4，若900℃時，在此容器中加入10molCO，5molH2O，2molCO₂，5molH₂，則此時V（正）

 

 V（逆）（填“＜”，“＞”，“=”，）．
（2）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應，CaCO₃是一種難溶物質，其Ksp=2.8×10-9．CaCl2溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4 mo1/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為

 

．
（3）已知BaSO₄（s）+4C（s）=4CO（g）+BaS（s）；△H₁=571.2kJ/mol，BaSO₄（s）+2C（s）=2CO₂（g）+BaS（s）；△H₂=226.2kJ/mol．則反應C（s）+CO₂（g）=2CO（g）的△H₃=

 

kJ/mol．
（4）尋找新能源是解決溫室效應的一條重要思路．磷酸亞鐵鋰LiFePO₄是一種新型汽車鋰離子電池，總反應為：FePO4+Li 

放電

充電

 LiFePO₄，電池中的固體電解質可傳導Li+，則該電池放電時的正極和負極反應式分別為：

 

和

 

．若用該電池電解蒸餾水（電解池電極均為惰性電極），當電解池兩極共有3360mL氣體（標準狀況）產生時，該電池消耗鋰的質量為

 

．（Li的相對原子質量約為7.0）

Answer 1

考點：化學平衡的計算,有關反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質

專題：

分析：（1）①先求得各物質平衡時的濃度，再根據平衡常數(shù)等于生成物濃度系數(shù)次冪之積除以反應物濃度系數(shù)次冪之積求得平衡常數(shù)；
②在反應中當反應物的物質的量之比等于化學計量數(shù)之比時，各反應物的轉化率相等，某一種反應物越多，其轉化率越低，而另一種反應物的轉化率則越高，據此答題；
③依據實驗2計算平衡常數(shù)，平衡常數(shù)隨溫度變化，溫度相同平衡常數(shù)相同，根據濃度商Qc與平衡常數(shù)K的大小，判斷反應進行的方向，進而確定正逆反應的速率；
（2）Na₂CO₃溶液的濃度為1×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=5.0×10^-5mol/L，根據Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）計算沉淀時混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍；
（3）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到反應的焓變；
（4）電池放電時原電池原理，Li失電子發(fā)生氧化反應做原電池負極，F(xiàn)ePO₄在正極得到電子發(fā)生還原反應生成LiFePO₄；結合電解水計算電子轉移，依據電子守恒和電極反應計算消耗鋰的質量．

解答： 解：（1）平衡時CO的物質的量為1.6mol，則：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：4        2        0        0
變化（mol）：1.6     1.6      1.6     1.6
平衡（mol）：2.4     0.4      1.6     1.6
所以平衡常數(shù)K=

1.6mol 2L × 1.6mol 2L

2.4mol 2L × 0.4mol 2L

=2.67，故答案為：2.67；
②在反應中當反應物的物質的量之比等于化學計量數(shù)之比時，各反應物的轉化率相等，某一種反應物越多，其轉化率越低，而另一種反應物的轉化率則越高，所以要使CO的轉化率大于水蒸氣，則0＜

a

b

＜1，故答案為：0＜

a

b

＜1；
③實驗2達到平衡狀態(tài)和實驗3的溫度相同，平衡常數(shù)相同，平衡時CO的物質的量為1.6mol，則：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2       1        0        0
變化（mol）：0.4     0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6     0.6      0.4      0.4
所以平衡常數(shù)K=

0.4mol 2L × 0.4mol 2L

1.6mol 2L × 0.6mol 2L

=0.17，實驗4，若900℃時，在此容器中加入10molCO，5molH2O，2molCO₂，5molH₂，濃度商Qc=

2mol 2L × 5mol 2L

10mol 2L × 5mol 2L

=0.2＞0.17=K，所以此時平衡要逆向移動，故V_正＜V_逆，故答案為：＜；
（3）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=1.0×10^-4mol/L，根據Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

1.0×10-4

mol/L=2.8×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L，故答案為：5.6×10^-5mo1/L；
（3）①BaSO₄（s）+4C（s）=4CO（g）+BaS（s）；△H₁=571.2kJ/mol，
②BaSO₄（s）+2C（s）=2CO₂（g）+BaS（s）；△H₂=226.2kJ/mol；
則依據蓋斯定律計算

①-②

2

得到反應的熱化學方程式為：C（s）+CO₂（g）=2CO（g）的△H₃=+172.5 KJ/mol；
故答案為：172.5；    
（4）電池放電時原電池原理，Li失電子發(fā)生氧化反應做原電池負極，電極反應為：Li-e^-=Li⁺；FePO₄在正極得到電子發(fā)生還原反應生成LiFePO₄，電極反應為：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；若用該電池電解蒸餾水（電解池電極均為惰性電極），當電解池兩極共有3360mL氣體（標準狀況）產生時，氣體物質的量=

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，生成氫氣物質的量=

2

3

×0.15mol=0.1mol，依據電子守恒和電極反應計算，
     H₂～2Li～2e^-
0.1mol   0.2mol
消耗鋰的質量=0.2mol×7g/mol=1.4g；
故答案為：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；Li-e^-=Li⁺；1.4g．

點評：本題主要考查了氧化還原反應的配平、化學平衡常數(shù)的計算、轉化率的應用、沉淀溶解的計算、電化學知識等知識點，綜合性較強，中等難度，解題時注意對基礎知識的靈活運用．