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
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：

容器編號(hào)	起始時(shí)各物質(zhì)物質(zhì)量/mol				達(dá)到平衡時(shí)間/min	達(dá)平衡時(shí)體系能量的變化/kJ	達(dá)平衡時(shí)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(yīng)過(guò)程中的能量變化．他們分別在體積均為0.5L的兩個(gè)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：
（1）通過(guò)監(jiān)測(cè)，①裝置中反應(yīng)放出20.5kJ熱量用時(shí)2min，求此段時(shí)間內(nèi)的反應(yīng)速率

.

v

（H₂0）=

 

．該反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)物分子化學(xué)鍵斷裂時(shí)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(shí)所釋放的總能量．
（2）計(jì)算容器②中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
（3）下列敘述正確的是

 

（填字母序號(hào)）．
a．平衡時(shí)，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(shí)，Q＞65.6kJ
c．反應(yīng)開始時(shí)，兩容器中反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率相等
d．t₁＞t₂；α₁=α₂
（4）容器①中反應(yīng)進(jìn)行到t min時(shí)，測(cè)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(guò)計(jì)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(diǎn)：反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算,反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)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(jìn)行計(jì)算；
該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，依據(jù)反應(yīng)前后能量守恒分析判斷；
（2）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)概念進(jìn)行計(jì)算；
（3）a．反應(yīng)前后氣體體積不變，反應(yīng)①②是等效平衡；
b．反應(yīng)①②是等效平衡，故容器②中反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，Q=32.8×2=65.6kJ；
c．反應(yīng)起始濃度不同，反應(yīng)速率不同；
d．②中濃度大，故反應(yīng)速率v₂＞v₁，故反應(yīng)時(shí)間t₁＞t₂；反應(yīng)①②是等效平衡，故α₁=α₂；
（4）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；根據(jù)產(chǎn)物判斷離子濃度的大小關(guān)系．

解答： 解：（1）反應(yīng)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(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(shí)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）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，
             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(yīng)前后氣體體積不變，反應(yīng)①②是等效平衡，故平衡時(shí)，兩容器中H₂的體積分?jǐn)?shù)相等，故a正確；
b．反應(yīng)①②是等效平衡，故容器②中反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，Q=32.8×2=65.6kJ；故b錯(cuò)誤；
c．反應(yīng)起始濃度不同，反應(yīng)速率不同，故c錯(cuò)誤；
d．②中濃度大，故反應(yīng)速率v₂＞v₁，故反應(yīng)時(shí)間t₁＞t₂；反應(yīng)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(shè)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(diǎn)評(píng)：本題考查反應(yīng)能量變化，化學(xué)平衡的影響因素、等效平衡、平衡常數(shù)的計(jì)算、物質(zhì)的量的相關(guān)計(jì)算、及離子濃度大小關(guān)系的判斷，綜合性較強(qiáng)，難度較大．