Question

 “溫室效應(yīng)”是全球關(guān)注的環(huán)境問題之一。CO₂是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體。因此，控制和治理CO₂是解決溫室效應(yīng)的有效途徑。

（1）將不同量的CO(g)和H₂O(g)分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	達(dá)到平衡所需時間/min
CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

 

① 實(shí)驗(yàn)1條件下平衡常數(shù)K=      （保留小數(shù)點(diǎn)后二位數(shù)字）。

② 實(shí)驗(yàn)3中，若平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a/b 的值     （填具體值或取值范圍）。

③ 實(shí)驗(yàn)4，若900℃時，在此容器中加入10molCO、5molH₂O、2molCO₂、5molH₂，則此時v(正)      v(逆)（填“<”、“>”、“=”）。

（2）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其K_sp=2.8×10^—9。CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^—4mo1/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為    。

（3）已知BaSO₄(s) + 4C(s) =4CO(g) + BaS(s)   △H₁ =+571.2kJ/mol，

BaSO₄(s) + 2C(s) = 2CO₂(g) + BaS(s)   △H₂=+226.2 kJ/mol。

則反應(yīng)C(s) + CO₂(g) = 2CO(g)的△H₃=       kJ/mol。

（4）尋找新能源是解決溫室效應(yīng)的一條重要思路。磷酸亞鐵鋰LiFePO₄是一種新型汽車鋰離子電池，總反應(yīng)為：FePO₄+Li        LiFePO₄，電池中的固體電解質(zhì)可傳導(dǎo)Li⁺，則該電池放電時的正極和負(fù)極反應(yīng)式分別為：                 和                  。若用該電池電解蒸餾水（電解池電極均為惰性電極），當(dāng)電解池兩極共有3360mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）產(chǎn)生時，該電池消耗鋰的質(zhì)量為        。(Li的相對原子質(zhì)量約為7.0)

 

Answer 1

【答案】

（16分）

（1）①2.67（2分）   ②<1 （2分）     ③< （2分）

（2）5.6×10^—5mo1/L （2分）

（3）+172.5 （2分）

（4）FePO₄+Li⁺+e^—=LiFePO₄（2分）    Li－e^—=Li⁺ （2分）   1.4 g（2分）

【解析】

試題分析：（1）①表中實(shí)驗(yàn)1有關(guān)組分的起始物質(zhì)的量、平衡物質(zhì)的量已知，容器體積為2L，由于c=n/V，則

                       CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)

起始濃度（mol/L）       2      1           0     0

變化濃度（mol/L）       0.8     0.8        0.8    0.8

平衡濃度（mol/L）       1.2     0.2        0.8    0.8

K===2.67

②實(shí)驗(yàn)3中CO、H₂O的起始濃度分別為a/2mol/L、b/2mol/L，設(shè)CO的變化濃度為xmol/L，由于CO、H₂O的變化濃度之比等于化學(xué)方程式的系數(shù)之比，則H₂O的變化濃度為xmol/L，則CO、H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率分別為2x/a、2x/b，若CO的平衡轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則2x/a>2x/b，所以a/b<1；

③先根據(jù)實(shí)驗(yàn)2中有關(guān)數(shù)據(jù)求900時的平衡常數(shù)，再根據(jù)溫度不變平衡常數(shù)不變，利用此時各組分的物質(zhì)的量計(jì)算各自濃度，根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)的大小判斷此時反應(yīng)進(jìn)行的方向（若濃度商大于平衡常數(shù)，則反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，反之，則向正反應(yīng)方向進(jìn)行），最后反應(yīng)向哪個方向進(jìn)行，則哪個方向的速率就大于相反方向的速率。

表中實(shí)驗(yàn)2有關(guān)組分的起始物質(zhì)的量、平衡物質(zhì)的量已知，容器體積為2L，由于c=n/V，則

                       CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)

起始濃度（mol/L）       1     0.5          0      0

變化濃度（mol/L）      0.2    0.2          0.2    0.2

平衡濃度（mol/L）      0.8    0.3          0.2    0.2

K===0.167

實(shí)驗(yàn)4時CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度分別為5mol/L、2.5mol/L、1mol/L、2.5mol/L，則Q===0.2>K=0.167，說明此時反應(yīng)應(yīng)該向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，所以v(逆)>v(正)，即v(正)<v(逆)；

（2）設(shè)混合前CaCl₂溶液的最小濃度為xmol/L，Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^—4mo1/L，則等體積混合后CaCl₂、Na₂CO₃的濃度分別為x/2mol/L、1×10^—4mo1/L，則K_sp=2.8×10^—9= x/2×1×10^—4，x=5.6×10^—5；

（3）先將3個熱化學(xué)方程式依次編號為①②③，接著觀察它們的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)①/2—②/2=③，則C(s) + CO₂(g) = 2CO(g)的△H₃=△H₁ /2—△H₂/2=+172.5 kJ/mol；

（4）放電時電池總反應(yīng)式為FePO₄+Li=LiFePO₄，其中鋰元素由0升為+1價，鐵元素由+3降為+2價，前者在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，后者在正極上發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)電子、電荷、原子守恒原理及電解質(zhì)中定向移動的離子環(huán)境，正極反應(yīng)式為FePO₄+Li⁺+e^—=LiFePO₄，負(fù)極反應(yīng)式為Li－e^—=Li⁺；用惰性電極電解水的原理為2H₂O2H₂↑+O₂↑～4e^—，則n(H₂)=2n(O₂)，由于n=V/V_m，則n(H₂)+n(O₂)=3 n(O₂)=3.36L÷22.4L/mol=0.15mol，則n(O₂)=0.05mol，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=4 n(O₂)=0.2mol，由于新型電池中轉(zhuǎn)移電子和電解水時轉(zhuǎn)移電子相等，F(xiàn)ePO₄+Li=LiFePO₄～e^—中參加反應(yīng)的鋰與轉(zhuǎn)移電子的系數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比，則參加反應(yīng)的鋰為為0.2mol，由于鋰的相對原子質(zhì)量約為7.0，m=n×M，則參加反應(yīng)的鋰為1.4g。

考點(diǎn)：考查化學(xué)反應(yīng)原理，涉及求化學(xué)平衡常數(shù)、比較反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率、濃度商與平衡常數(shù)大小關(guān)系、反應(yīng)進(jìn)行方向與正、逆反應(yīng)速率大小的關(guān)系、稀釋定律、溶度積計(jì)算、蓋斯定律、原電池和電解原理、電極反應(yīng)式、物質(zhì)的量、氣體摩爾體積、摩爾質(zhì)量、物質(zhì)的量在化學(xué)或離子方程式計(jì)算中的應(yīng)用等。