Question

Ⅰ．利用甲烷與水反應制備氫氣，因原料價廉產(chǎn)氫率高，具有實用推廣價值，已知該反應為：
a、CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ/mol
b、CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ/mol
（1）上述反應所得原料氣中的CO能使氨合成催化劑中毒，必須除去．工業(yè)上常采用催化劑存在下CO與水蒸氣反應生成易除去的CO₂，同時又可制得等體積的氫氣的方法．此反應稱為一氧化碳變換反應，該反應的熱化學方程式是

 

．
（2）若800℃時，反應a的平衡常數(shù)K₁=1.0，某時刻測得該溫度下，密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度分別為：c（CH₄）=2.0mol?L^-1；c（H₂O）=5.0mol?L^-1；c（CO）=2.0mol?L^-1；c（H₂）=2.5mol?L^-1，則此時正逆反應速率的關系是v_正

 

（填“＞”、“＜”或“=”）v_逆．
（3）甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），分析該反應并回答下列問題：
①一定條件下，將CO與H₂以體積比1：1置于恒容密閉容器中發(fā)生以上反應，能說明該反應已達到平衡的是

 

．
a．體系的壓強不發(fā)生變化
b．CO與H₂的體積比保持不變
c．體系中碳元素的質(zhì)量分數(shù)不再變化
d．單位時間內(nèi)消耗1mol CO，同時生成lmol CH₃OH
②如圖1是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線．T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關系是K₁

 

（填“＞”、“＜”或“=”） K₂．理由是：

 

．

Ⅱ．亞氯酸鈉（NaClO₂）是一種強氧化性漂白劑，廣泛用于紡織、印染和食品工業(yè)．它在堿性環(huán)境中穩(wěn)定存在．某同學查閱資料后設計生產(chǎn)NaClO₂的主要流程如圖2．
（4）A的化學式是

 

，裝置Ⅲ中A在

 

極區(qū)（填“陰”或“陽”）產(chǎn)生．生成氣體a的電極反應式

 

．
（5）裝置Ⅱ中發(fā)生反應的化學方程式為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：Ⅰ．（1）根據(jù)蓋斯定律來和熱化學方程式的含義來計算反應的焓變；
（2）根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)的關系來確定移動方向；
（3）①當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量也不變，以此進行判斷．
②由達到平衡所需要的時間長短知溫度的大小關系，根據(jù)溫度對平衡移動的影響來回答判斷；
（4）根據(jù)圖知，III中電解質(zhì)是Na₂SO₄，電解Na₂SO₄溶液時，陽極上電極反應式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺、陰極電極反應式為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，所以a氣體是氧氣、b氣體是氫氣、A是NaOH，據(jù)此分析解答；

解答： 解：Ⅰ．a(chǎn)、CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ/mol
b、CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ/mol，
（1）根據(jù)蓋斯定律，反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）可以是b-a得到：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），△H=165.0kJ/mol-206.2kJ/mol=-41.2 kJ/mol，
故答案為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2 kJ/mol；
（2）800℃時，反應Ⅰ的平衡常數(shù)K₁=1.0，某時刻測得該溫度下，密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度分別為：c（CH₄）=2.0mol?L^-1；c（H₂O）=5.0mol?L^-1；c（CO）=2.0mol?L^-1；c（H₂）=2.5mol?L^-1，
則濃度商為：Qc=

2.0×2．52

2.0×5.0

=1.25＞1，則化學反應向著逆向進行才能達到平衡，即：v_正＜v_逆，
故答案為：＜；
（3）①a、CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）是一個反應前后氣體體積減小的反應，故當壓強不變時表明反應達到平衡，故a正確；
b、CO與H₂的體積比保持不變時，說明平衡不再移動，故b正確；
c、根據(jù)質(zhì)量守恒，體系中碳元素的百分含量不會變化，故c錯誤；
d、任何情況下，單位時間內(nèi)消耗1 mol CO，同時生成l mol CH₃OH，故d錯誤．
故答案為：ab；
②由達到平衡所需要的時間長短知，T₁＜T₂，當溫度由T₂→T₁（降溫）時，CO的轉化率增大，說明降低溫度時平衡向右移動，故正反應是放熱反應，△H＜0，K₁＞K₂，
故答案為：＞；如圖，溫度由T₁升高至T₂時，CO的轉化率降低，說明平衡向逆反應方向移動，所以K₁＞K₂，；
（4）根據(jù)圖知，III中電解質(zhì)是Na₂SO₄，電解Na₂SO₄溶液時，陽極上電極反應式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺、陰極電極反應式為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，左邊流出硫酸，所以a氣體是氧氣，b氣體是氫氣、A是NaOH，A在陰極上生成，生成氧氣的電極反應式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，
故答案為：NaOH；陰；2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；
 （5）Ⅱ中反應根據(jù)流程信息可知，生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，化合價降低，被還原；則H₂O₂必定被氧化，有氧氣產(chǎn)生，反應中ClO₂是氧化劑，發(fā)生還原反應，H₂O₂是還原劑，發(fā)生氧化反應，根據(jù)電子轉移守恒可知4n（ClO₂）=n（HCl），所以反應方程式為：2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2 NaClO₂+2H₂O+O₂↑，
故答案為：2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2 NaClO₂+2H₂O+O₂↑．

點評：本題考查了電解原理、熱化學方程式的書寫、化學平衡狀態(tài)的判斷等知識，題目難度中等，試題題量較大、綜合性較強、知識點覆蓋全面，注意掌握原電池工作原理，明確熱化學方程式的書寫方法、化學平衡狀態(tài)的特征及判斷方法，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．