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

容器編號	起始時各物質(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	達(dá)平衡時CO的轉(zhuǎn)化率
①	1	4	0	0	t1	放出熱量：32.8kJ	α1
②	2	8	0	0	t2	放出熱量：Q	α2

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0.5L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)如表：
（1）通過監(jiān)測，①裝置中反應(yīng)放出20.5kJ熱量用時2min，求此段時間內(nèi)的反應(yīng)速率

.

v

（H₂0）=

 

．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）α₁=

 

．
（3）計(jì)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．t₁＞t₂；α₁=α₂
（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．試通過計(jì)算確定所得溶液中溶質(zhì)成分及物質(zhì)的量

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算,熱化學(xué)方程式,用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）結(jié)合反應(yīng)放熱恒容熱化學(xué)方程式計(jì)算消耗水的物質(zhì)的量，依據(jù)反應(yīng)速率=

△c

△t

計(jì)算反應(yīng)速率，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，依據(jù)反應(yīng)前后能量守恒分析判斷；
（2）依據(jù)反應(yīng)①熱量變化結(jié)合熱化學(xué)方程式計(jì)算消耗一氧化碳物質(zhì)的量計(jì)算轉(zhuǎn)化率；
（3）反應(yīng)②和反應(yīng)①在相同溫度下進(jìn)行，平衡常數(shù)不變，依據(jù)化學(xué)平衡三段式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算得到；
（4）a、反應(yīng)前后氣體體積不變，反應(yīng)①②是相同平衡分析判斷；
b、反應(yīng)是可逆反應(yīng)不能進(jìn)行徹底；
c、反應(yīng)起始濃度不同反應(yīng)速率不同；
d、反應(yīng)速率是單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度減小，依據(jù)影響化學(xué)平衡的因素分析判斷；
（5）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol；2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （g）△H=-484kJ/mol，依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（6）依據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉反應(yīng)的定量關(guān)系分析判斷產(chǎn)物，書寫離子方程式，CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；CO₂+OH^-=HCO₃^-，可以利用物質(zhì)的量之比直平法寫出，根據(jù)定量關(guān)系計(jì)算溶質(zhì)物質(zhì)的量．

解答： 解：（1）①裝置中反應(yīng)放出20.5kJ熱量用時2min，依據(jù)反應(yīng)計(jì)算，CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
此時間段消耗水物質(zhì)的量為：

20.5

41

mol=0.5mol，此段時間內(nèi)的反應(yīng)速率

.

v

（H₂0）=

0.5mol 0.5L

2min

=0.5mol/L?min；
題干條件分析可知反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量高于生成物能量，反應(yīng)物分子化學(xué)鍵斷裂時所吸收的總能量小于生成物中 化學(xué)鍵形成所放出的熱量；
故答案為：0.5mol/L?min；小于；
（2）依據(jù)反應(yīng)①熱化學(xué)方程式計(jì)算；
              CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
起始量（mol）  4       1        0      0          41KJ
變化量（mol） 0.8     0.8        0.8     0.8       32.8KJ
平衡量（mol） 3.2      0.2       0.8    0.8
一氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率=

0.8mol

4mol

×100%=20%
故答案為：20%；
（3）反應(yīng)①②在相同溫度下進(jìn)行，平衡常數(shù)相同，依據(jù)（2）結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算，反應(yīng)前后氣體體積相同，可以利用物質(zhì)的量代替平衡濃度計(jì)算平衡常數(shù)，K=

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

=

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)①②是相同平衡，平衡時，兩容器中H₂的體積分?jǐn)?shù)相等，故a正確；
b、反應(yīng)是可逆反應(yīng)不能進(jìn)行徹底，容器②中反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時，Q=65.6kJ；故b錯誤；
c、反應(yīng)起始濃度不同，反應(yīng)速率不同，故c錯誤；
d、反應(yīng)②和反應(yīng)①相比，起始量增大一倍，相當(dāng)于增大平衡壓強(qiáng)，所以①②達(dá)到相同平衡狀態(tài)，反應(yīng)達(dá)到平衡時間縮短，t₁＞t₂；反應(yīng)前后氣體體積不變，所以平衡不變，反應(yīng)物一氧化碳轉(zhuǎn)化率不變，α₁=α₂，故d正確；
故答案為：ad；
（5）①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol；②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （g）△H=-484kJ/mol，
依據(jù)蓋斯定律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）n（CO₂）=0，6mol；n（OH^-）=0.2ml×5mol/L=1mol；
CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；CO₂+OH^-=HCO₃^-；
依據(jù)反應(yīng)n（CO₂）：n（OH^-）=0.6：1=3：5可知反應(yīng)生成產(chǎn)物有碳酸鈉和碳酸氫鈉，根據(jù)物質(zhì)的量之比，利用直平法得到離子方程式：3CO₂+5OH^-=2CO₃^2-+HCO₃^-+2H₂O，反應(yīng)生成的碳酸鈉Na₂CO₃物質(zhì)的量為0.4mol，NaHCO₃物質(zhì)的量0.2mol；
故答案為：0.4molNa₂CO₃ 0.2molNaHCO₃．

點(diǎn)評：本題考查反應(yīng)能量變化，蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡的影響因素分析判斷，平衡判斷和平衡常數(shù)的計(jì)算是解題關(guān)鍵，題目難度中等．