Question

煤是一種重要的化工原料，人們將利用煤制取的水煤氣、焦炭、甲醚等廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中．
（1）已知：
①C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ?mol^-1
則碳與水蒸氣反應生成二氧化碳和氫氣的熱化學方程式為

 

． 該反應在

 

 （填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”）下有利于正向自發(fā)進行．
（2）有人利用炭還原法處理氮氧化物，發(fā)生反應C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）．向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，在T₁℃時，不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下表所示：

	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①10～20min內(nèi)，N₂的平均反應速率v（N₂）=

 

．
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是

 

 （填字母序號）．
A．通入一定量的NO        
B．加入一定量的活性炭
C．加入合適的催化劑          
D．適當縮小容器的體積
（3）研究表明：反應CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

若反應在500℃時進行，設(shè)起始時CO和H₂O的濃度均為0.020mol?L^-1，在該條件下達到平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（4）用CO做燃料電池電解CuSO₄溶液、FeCl₃和FeCl₂混合液的示意圖如圖1所示，其中A、B、D均為石j墨電極，C為銅電極．工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同．

①乙中A極產(chǎn)生的氣體在標準狀況下的體積為

 

．
②丙裝置溶液中金屬陽離子的物質(zhì)的量與轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量變化關(guān)系如圖2所示，則圖中③線表示的是

 

（填離子符號）的變化；反應結(jié)束后，要使丙裝置中金屬陽離子恰好完全沉淀，需要

 

 mL 5.0mol?L^-1 NaOH溶液．

Answer 1

考點：熱化學方程式,原電池和電解池的工作原理,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律來寫出碳與水蒸氣反應生成一氧化碳和氫氣的熱化學方程式；根據(jù)反應能否自發(fā)進行的判據(jù)來回答；
（2）反應前后是氣體體積不變的反應，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大，說明改變的條件是縮小體積增大濃度，或加入一氧化氮達到新平衡后個物質(zhì)濃度增大；
（3）到達平衡時轉(zhuǎn)化率最大，令平衡時CO的濃度變化量為cmol/L，根據(jù)三段式法用c表示出平衡時各組分個濃度，再利用平衡常數(shù)列方程，求出c，再利用轉(zhuǎn)化率定義計算；
（4）①工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，分析電極反應，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣；A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣；陽極電極反應和電子守恒計算得到；
②C電極為陽極，D電極為陰極，根據(jù)丙圖可知溶液中有三種金屬陽離子，而根據(jù)丙的成分可知溶液中只有兩種金屬陽離子，說明在電解過程中還有Cu²⁺生成，因此C電極是Cu做陽極，D電極是石墨做陰極，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽離子的物質(zhì)的量的變化確定曲線對應的離子，結(jié)合轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量計算．

解答： 解：（1）已知①C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，將①-②可得：C（g）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+90kJ?mol^-1，反應的焓變△H＞0，△S＞0，根據(jù)反應自發(fā)進行的判據(jù)
△H-TS＜0，所以需要高溫下發(fā)生，
故答案為：C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=+90.0 kJ?mol^-1；高溫；
（2）①10～20min內(nèi)，N₂的平均反應速率v（N₂）=

0.25-0.16

20-10

mol/（L?min）=0.009 mol/（L?min），
故答案為：0.009 mol/（L?min）；
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大；
A．通入一定量的NO，反應正向進行，達到平衡后一氧化氮、氮氣、二氧化碳濃度增大，故符合；
B．加入一定量的活性炭是固體，對平衡無影響，故不符合；
C．加入合適的催化劑，只能改變化學反應速率，不能改變平衡，濃度不變，故不符合；
D．適當縮小容器的體積，反應前后是氣體體積不變的反應，平衡不動，但個物質(zhì)濃度增大，符合要求，故符合；
故答案為：AD；
（3）設(shè)CO的濃度變化量為c，三段式法用c表示出平衡時各組分個濃度，
               CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：0.02    0.020     0        0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：c       c         c        c
平衡（mol/L）：0.02-c  0.02-c    c        c
代入500℃時反應平衡常數(shù)有k=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

=

c2

(0.02-c)2

=9，解得c=0.015，
CO的最大所以轉(zhuǎn)化率為

0.015

0.02

×100%=75%，
故答案為：75%；
（4）①工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，分析電極反應，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣，設(shè)生成氣體物質(zhì)的量為X，溶液中銅離子物質(zhì)的量為0.1mol，電極反應為：
   Cu²⁺+2e^-=Cu，
0.1mol 0.2mol
2H⁺+2e^-=H₂↑，
 2x     x
A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應為：
4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
4x           x
得到0.2+2x=4x，
x=0.1mol
乙中A極析出的氣體是氧氣物質(zhì)的量為0.1mol，在標準狀況下的體積為2.24L，
故答案為：2.24L；
②根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽離子的物質(zhì)的量的變化，可知，銅離子從無增多，鐵離子物質(zhì)的量減小，亞鐵離子增加，①為Fe³⁺，②為Fe²⁺，③為Cu²⁺，
依據(jù)（2）計算得到電子轉(zhuǎn)移為0.2mol，當電子轉(zhuǎn)移為0.2mol時，丙中陽極電極反應Cu-2e-=Cu²⁺，生成Cu²⁺物質(zhì)的量為0.1mol，圖象分析每個單位為0.05mol，陰極電極反應Fe³⁺+e^-=Fe²⁺，溶液中有Fe³⁺ 0.2mol，F(xiàn)e²⁺ 0.3mol，Cu²⁺為0.1mol，所以需要加入NaOH溶液1.4mol，所以NaOH溶液等體積為

1.4mol

5mol/L

=0.28L=280mL，
故答案為：Cu²⁺；280．

點評：本題綜合性較大，涉及化學反應自發(fā)性判斷、化學平衡常數(shù)、化學平衡影響因素、等效平衡計算以及電化學知識等，難度較大．