Question

工業(yè)上利用CO和水蒸氣在一定條件下發(fā)生反應制取氫氣：
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
恒溫恒容密閉容器中加入一定量的反應物，使其在相同溫度下發(fā)生反應，相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器編號	起始時各物質(zhì)物質(zhì)量/mol				達到平衡時間/min	達平衡時體系能量的變化/kJ	達平衡時H2O轉(zhuǎn)化率
	CO	H2O	CO2	H2
①	1	4	0	0	t1	放出熱量：32.8kJ	a1
②	2	8	0	0	t2	放出熱量：Q	a2

某小組研究在相同溫度下該反應過程中的能量變化．他們分別在體積均為0.5L的兩個恒溫恒容密閉容器中加入一定量的反應物，使其在相同溫度下發(fā)生反應，相關(guān)數(shù)據(jù)如下：
（1）通過監(jiān)測，①裝置中反應放出20.5kJ熱量用時2min，求此段時間內(nèi)的反應速率

.

v

（H₂0）=

 

．該反應過程中，反應物分子化學鍵斷裂時所吸收的總能量

 

（填“大于”、“小于”或“等于”）生成物分子化學鍵形成時所釋放的總能量．
（2）計算容器②中反應的平衡常數(shù)K=

 

．
（3）下列敘述正確的是

 

（填字母序號）．
a．平衡時，兩容器中H₂的體積分數(shù)相等
b．容器②中反應達平衡狀態(tài)時，Q＞65.6kJ
c．反應開始時，兩容器中反應的化學反應速率相等
d．t₁＞t₂；α₁=α₂
（4）容器①中反應進行到t min時，測得混合氣體中CO₂的物質(zhì)的量為0.4mol．若用120mL 5mol/L的NaOH溶液將其完全吸收．試通過計算確定所得溶液中溶質(zhì)成分及物質(zhì)的量

 

；所得溶液中離子濃度的大小關(guān)系為

 

．

Answer 1

考點：反應速率的定量表示方法,化學方程式的有關(guān)計算,反應熱和焓變,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)v=

△c

t

進行計算；
該反應是放熱反應，依據(jù)反應前后能量守恒分析判斷；
（2）反應②和反應①在相同溫度下進行，平衡常數(shù)不變，依據(jù)化學平衡三段式計算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念進行計算；
（3）a．反應前后氣體體積不變，反應①②是等效平衡；
b．反應①②是等效平衡，故容器②中反應達平衡狀態(tài)時，Q=32.8×2=65.6kJ；
c．反應起始濃度不同，反應速率不同；
d．②中濃度大，故反應速率v₂＞v₁，故反應時間t₁＞t₂；反應①②是等效平衡，故α₁=α₂；
（4）依據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉反應的定量關(guān)系分析判斷產(chǎn)物；根據(jù)產(chǎn)物判斷離子濃度的大小關(guān)系．

解答： 解：（1）反應的水的物質(zhì)的量為

20.5kJ

41kJ

=0.5mol，

.

v

（H₂0）=

0.5mol 0.5L

2min

=0.5mol/（L?min）；
該反應是放熱反應，反應物能量高于生成物能量，反應物分子化學鍵斷裂時所吸收的總能量小于生成物中化學鍵形成所放出的熱量；
故答案為：0.5mol/（L?min）；小于；
（2）反應②和反應①在相同溫度下進行，平衡常數(shù)不變，
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
起始量（mol） 1        4         0       0          41KJ
變化量（mol） 0.8     0.8        0.8     0.8         32.8KJ
平衡量（mol） 0.2     3.2        0.8     0.8
K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.8 2 × 0.8 2

0.2 2 × 3.2 2

=1；
故答案為：1；
（4）a．反應前后氣體體積不變，反應①②是等效平衡，故平衡時，兩容器中H₂的體積分數(shù)相等，故a正確；
b．反應①②是等效平衡，故容器②中反應達平衡狀態(tài)時，Q=32.8×2=65.6kJ；故b錯誤；
c．反應起始濃度不同，反應速率不同，故c錯誤；
d．②中濃度大，故反應速率v₂＞v₁，故反應時間t₁＞t₂；反應①②是等效平衡，故α₁=α₂；故d正確；
故答案為：ad；
（4）120mL 5mol/L的NaOH溶液，n（NaOH）=0.12L×5mol/L=0.6mol，完全吸收CO₂的物質(zhì)的量為0.4mol，設生成碳酸鈉xmol，碳酸氫鈉ymol，則

x+y=0.4 2x+y=0.6

，解得

x=0.2 y=0.2

；碳酸根離子的水解能力大于碳酸氫鈉，且溶液顯堿性，故所得溶液中離子濃度的大小關(guān)系為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案為：Na₂CO₃ 0.2mol，NaHCO₃ 0.2mol； c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點評：本題考查反應能量變化，化學平衡的影響因素、等效平衡、平衡常數(shù)的計算、物質(zhì)的量的相關(guān)計算、及離子濃度大小關(guān)系的判斷，綜合性較強，難度較大．