Question

工業(yè)上利用CO和水蒸氣在一定條件下發(fā)生反應(yīng)制取氫氣：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
某小組研究在相同溫度下該反應(yīng)過程中的能量變化．他們分別在體積均為V L的兩個恒溫恒容密閉容器中加入一定量的反應(yīng)物，使其在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)．相關(guān)數(shù)據(jù)如下表

容器編號	起始時各物質(zhì)物質(zhì)的量/mol				達(dá)到平衡的時間/min	達(dá)平衡時體系能量的變化/kJ
	CO	H2O	CO2	H2
①	1	4	0	0	t1		放出熱量：32.8 kJ
②	2	8	0	0	t2		放出熱量：Q

（1）該反應(yīng)過程中，反應(yīng)物分子化學(xué)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(xué)鍵形成時所釋放的總能量．
（2）容器①中反應(yīng)達(dá)平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為

 

%．
（3）計算容器②中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
（4）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?jǐn)?shù)相等 b．容器②中反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時，Q＞65.6kJ c．反應(yīng)開始時，兩容器中反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率相等  d．容器①中，化學(xué)反應(yīng)速率為：v=（H₂O）=

4

Vt1

mol/（L?min）
（5）已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O （g）△H=-484kJ/mol，寫出CO完全燃燒生成CO₂的熱化學(xué)方程式：

 

．
（6）容器①中反應(yīng)進(jìn)行到t min時，測得混合氣體中CO₂的物質(zhì)的量為0.6mol．若用200mL 5mol/L的NaOH溶液將其完全吸收，反應(yīng)的離子方程式為（用一個離子方程式表示）

 

．
（7）研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF₂-CaO作電解質(zhì)，利用圖中所示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦．①寫出陽極所發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式：

 

．
②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是（請結(jié)合反應(yīng)式解釋）

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,熱化學(xué)方程式

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）依據(jù)反應(yīng)熱化學(xué)方程式分析，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol，反應(yīng)焓變?yōu)樨?fù)值，是放熱反應(yīng)，形成化學(xué)鍵放出的熱量大于斷裂化學(xué)鍵吸收的熱量；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式列式計算消耗一氧化碳的物質(zhì)的量，結(jié)合轉(zhuǎn)化率計算得到；
（3）依據(jù)反應(yīng)②起始量是反應(yīng)①起始量的2倍，濃度改變，平衡常數(shù)不變，利用分液①硫酸平衡濃度結(jié)合平衡常數(shù)概念計算得到平衡常數(shù)；
（4）依據(jù)平衡移動原理和反應(yīng)特征分析判斷選項；
（5）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需讓化學(xué)方程式；
（6）根據(jù)二氧化碳物質(zhì)的量和氫氧化鈉物質(zhì)的量定量關(guān)系分析市場產(chǎn)物，利用直平法寫出反應(yīng)的離子方程式；
（7）①依據(jù)裝置圖分析判斷，陽極生成二氧化碳?xì)怏w，是電解質(zhì)中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽極石墨反應(yīng)生成的二氧化碳；
②制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：陰極：2Ca²⁺+4e^-═2Ca 陽極：2O^2--4e^-═O₂↑，2Ca+TiO₂

一定條件  .

Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變．

解答： 解：（1）反應(yīng)焓變=反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵吸收能量-生成物化學(xué)鍵形成放出的能量，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol，反應(yīng)焓變?yōu)樨?fù)值，是放熱反應(yīng)，形成化學(xué)鍵放出的熱量大于斷裂化學(xué)鍵吸收的熱量，
故答案為：小于；
（2）依據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式；
    CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g））△H=-41kJ/mol
    1mol                                  41KJ
    n（CO）                                 32.8 kJ
n（CO）=

32.8KJ

41KJ

×1mol=0.8mol；
一氧化碳轉(zhuǎn)化率=

0.8mol

1mol

×100%=80%，
 故答案為：80；
（3）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol，反應(yīng)放熱 32.8 kJ消耗一氧化碳0.8mol；依據(jù)三段式列式計算平衡濃度，由于費用前后系數(shù)相同，可以利用物質(zhì)的量代替平衡濃度計算平衡常數(shù)；
                 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）    1        4         0      0
變化量（mol）    0.8     0.8       0.8     0.8
平衡量（mol）   0.2      3.2       0.8     0.8
K=

0.8×0.8

0.2×3.2

=1；
故答案為：1；  
（4）a．反應(yīng)前后氣體體積不變，反應(yīng)①和反應(yīng)②達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，平衡時，兩容器中H₂的體積分?jǐn)?shù)相等，故a正確；
b．容器②中反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時，平衡不變，反應(yīng)放熱Q=65.6kJ，故b錯誤；
c．反應(yīng)開始時，起始量本題濃度不同，兩容器中反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率不相等，故c錯誤；
d．容器①中，化學(xué)反應(yīng)速率為：v（H₂O）=V（CO）=

0.8mol VL

t1

=

0.8

Vt1

mol/（L?min），故d錯誤；
故答案為：a；
（5）依據(jù)熱化學(xué)方程式①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O （g）△H=-484kJ/mol，
結(jié)合蓋斯定律計算①×2+②得到2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566 kJ/mol；
故答案為：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566 kJ/mol；
（6）CO₂的物質(zhì)的量為0.6mol．若用200mL 5mol/L的NaOH溶液將其完全吸收，氫氧化鈉物質(zhì)的量為0.2L×5mol/L=1mol；
CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O，CO₂+NaOH=NaHCO₃，n（CO₂）：n（NaOH）=1：2反應(yīng)生成碳酸鈉，n（CO₂）：n（NaOH）=1：1，反應(yīng)生成碳酸氫鈉，題干中n（CO₂）：n（NaOH）=0.6：1=3：5，所以生成產(chǎn)物有碳酸鈉和碳酸氫鈉，反應(yīng)的離子方程式為3CO₂+5OH^-═2CO₃^2-+HCO₃^-+2H₂O，
故答案為：3CO₂+5OH^-═2CO₃^2-+HCO₃^-+2H₂O；
（7）①）①用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF₂-CaO作電解質(zhì)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極析出鈣金屬發(fā)生還原反應(yīng)，陽極圖示產(chǎn)物可可知，陽極生成二氧化碳?xì)怏w，是電解質(zhì)中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽極石墨反應(yīng)生成的二氧化碳，所以電極反應(yīng)為：2O^2--4e^-=O₂↑或C+2O^2--4e^-=CO₂↑，
故答案為：2O^2--4e^-=O₂↑或C+2O^2--4e^-=CO₂↑；
②制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：2CaO═2Ca+O₂↑，2Ca+TiO₂

一定條件  .

Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變；
或：制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：陰極：2Ca²⁺+4e^-═2Ca      陽極：2O^2--4e^-═O₂↑；2Ca+TiO₂ 

一定條件  .

Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變；
故答案為：制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：2CaO═2Ca+O₂↑，2Ca+TiO₂

一定條件  .

Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變．

點評：本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率，化學(xué)平衡，熱化學(xué)方程式計算分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)和離子性質(zhì)的理解應(yīng)用，反應(yīng)產(chǎn)物的判斷和離子方程式的書寫方法，主要是電解池原理理解和電極反應(yīng)的書寫，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．