Question

【題目】碳、氮廣泛地分布在自然界中，碳、氮的化合物性能優良，在工業生產和科技領域有重要用途。

（1）氮化硅（Si3N4）是一種新型陶瓷材料，它可由SiO2與過量焦炭在1300～1700°C的氮氣流中反應制得：3SiO2(s) + 6C(s) + 2N2(g)Si3N4(s) + 6CO(g) △H＝－1591.2 kJ·mol－1，則該反應每轉移1mol e－，可放出的熱量為 。

（2）某研究小組現將三組CO(g) 與H2O(g) 的混合氣體分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，一定條件下發生反應：CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)，得到下表數據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達平衡所需時間/min
		CO	H2O	CO	H2
1	650	2	4	0.5	1.5	5
2	900	1	2	0.5	0.5

① 實驗1中，前5min的反應速率v(CO2) ＝ 。

② 下列能判斷實驗2已經達到平衡狀態的是 （填序號）。

a．容器內CO、H2O、CO2、H2的濃度不再變化

b．容器內壓強不再變化

c．混合氣體的密度保持不變

d．v正(CO)＝v逆(CO2)

e．容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化

③ 若實驗2的容器是絕熱的密閉容器，實驗測得H2O(g) 的轉化率ω(H2O)隨時間變化的示意圖如圖1所示，b點v正 v逆（填“＜”、“＝”或 “＞”），t3～t4時刻，H2O(g) 的轉化率ω(H2O)降低的原因是 。

（3）利用CO與H2可直接合成甲醇，上圖是由“甲醇-空氣”形成的綠色燃料電池的工作原理示意圖如圖2，寫出以石墨為電極的電池工作時負極的電極反應式 ，利用該電池電解1L 0.5mol·L－1的CuSO4溶液，當電池消耗560mLO2（標準狀況下）時，電解后溶液的pH＝ （溶液電解前后體積的變化忽略不計）。

Answer 1

【答案】（1）132.6 kJ；（2）①0.15 mol·L－1·min－1；②ad ；③＞；該反應達到平衡后，因反應為放熱反應且反應容器為絕熱容器，故容器內溫度升高，平衡向左移動；（3）CH3OH －6e－ + H2O = CO2 ↑ + 6H+；1。

【解析】

試題分析：（1）根據反應方程式，轉移電子12mol，放出熱量1591.2kJ，則轉移1mol電子，放出熱量為1591.2/12kJ=132.6kJ；(2)①根據反應方程式，生成CO2的物質的量為1.5mol，根據化學反應速率的表達式，v(CO2)=0.15/(2×5)mol/(L·min)=0.015mol/(L·min)；②a、根據化學平衡狀態的定義，當組分的濃度不再改變，說明反應達到平衡，故正確；b、反應前后氣體系數之和相等，因此壓強不變，不能說明反應達到平衡，故錯誤；c、根據密度定義，組分都是氣體，因此氣體的質量不變，容器是恒容，氣體體積不變，因此密度不變，不能說明反應達到平衡，故錯誤；d、用不同物質的反應速率，表示達到化學平衡，要求反應方向是一正一逆，且反應速率之比等于化學計量數之比，v正(CO)說明反應向正反應方向進行，v逆(CO2)說明反應向逆反應方向進行，且兩者速率之比等于1：1，故正確；e、根據平均摩爾質量的定義，氣體物質的量不變，反應前后氣體系數之和相等，氣體總物質的量不變，因此平均摩爾質量不變，不能說明反應達到平衡，故錯誤；③b點反應沒有達到平衡，向正反應方向進行，因此v正>v逆；該反應達到平衡后，因反應為放熱反應且反應容器為絕熱容器，故容器內溫度升高，平衡向左移動；(3)負極應是失去電子，化合價升高，因此通甲醇一極為負極，根據圖2，負極產生H＋，因此電極反應式為：CH3OH －6e－ + H2O = CO2 ↑ + 6H＋；電池正極反應式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，陰極反應式為2H2O＋4e－=O2↑＋4H＋，根據得失電子數目守恒，即有O2～4e－～4H＋，n(H＋)=4×560×10－3/22.4mol=0.1mol，c(H＋)=0.1/1mol·L－1=0.1mol·L－1，則pH=1。