Question

【題目】碳、氮廣泛的分布在自然界中，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1300～1700oC的氮氣流中反應制得：3SiO2（s）+6C（s）+2N2（g） Si3N4（s）+6CO（g）。⊿H ＝-1591．2 kJ/mol，則該反應每轉移1mole—，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），得到如下數據：

① 實驗Ⅰ中，前5min的反應速率v（CO2）＝ 。

②900℃時該反應的平衡常數K =

③下列能判斷實驗Ⅱ已經達到平衡狀態的是 。

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

④若實驗Ⅲ的容器是絕熱的密閉容器，實驗測得H2O（g）的轉化率H2O%隨時間變化的示意圖如下圖所示，則b點v正 v逆（填“＜”、“＝”或“＞”），t3～t4時刻，H2O（g）的轉化率H2O%降低的原因是 。

（3）利用CO與H2可直接合成甲醇，下圖是由“甲醇-空氣”形成的綠色燃料電池的工作原理示意圖，寫出以石墨為電極的電池工作時正極的電極反應式 ，利用該電池電解1L 0．5mol/L的CuSO4溶液，當消耗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）132.6kJ；（2）① 0.15mol·L-1·min-1 ；②K= 1/ 3；③ad；④＞，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，反應逆向進行；（3）O2+4e-+4H+＝2H2O，1。

【解析】

試題分析：（1）根據反應方程式，轉移12mole－放出1591.2kJ的熱量，則轉移1mole－放出的熱量為132.6kJ；（2）①v（CO）=（2－0.5）/（2×5）mol/（L·min）=0.15 mol/（L·min），根據化學反應速率之比等于化學計量數之比，v（CO2）=c（CO）=0.15mol/（L·min）；②達到平衡時，n（CO2）=（1－0.5）mol=0.5mol，n（H2O）=（2－0.5）mol=1.5mol，根據化學平衡常數的數學表達式，K=1/3；③a、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、反應前后氣體系數系數之和相等，壓強不再改變，不能作為達到化學平衡的標志，故錯誤；c、根據密度的定義，組分都是氣體，則氣體質量不變，是恒容狀態下，體積不變，因此密度不變，不能說明達到平衡，故錯誤；d、用不同物質的反應速率判斷達到平衡，要求反應方向是一正一逆，且速率之比等于系數之比，故正確；e、M=m/n，組分都是氣體，則氣體質量不變，反應前后氣體系數之和相等，則氣體總物質的量的不變，摩爾質量不變，不能說明反應達到平衡，故錯誤；④b點沒有達到平衡，反應向正反應方向進行，即v正＞v逆；這是絕熱容器，此反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動；（3）根據電池工作原理，環境是酸性環境，因此正極反應式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，560mL氧氣得到電子物質的量為560×10－3×4/22.4mol=0.1mol，陽極上的反應2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，產生n（H＋）=0.1mol，c（H＋）=0.1/1mol·L－1=0.1mol·L－1，則pH=1.