Question

【題目】碳的單質及其化合物是常見的物質。完成下列填空：

已知25℃、101kPa下，石墨、金剛石燃燒的熱化學方程式分別為：C(石墨)＋O2(g)→CO2(g)+393.51kJ；C(金剛石)＋O2(g)→CO2(g)+395.41kJ

（1）等質量時石墨的能量比金剛石的___（選填“高”或“低”），由石墨制備金剛石是___反應（選填“吸熱”或“放熱”）。

由焦炭與石英在高溫的氮氣流中反應，可制得一種新型陶瓷材料——氮化硅(Si3N4)：C+SiO2+N2→Si3N4+CO（未配平）

（2）配平后的化學方程式各物質的化學計量數依次是___。若已知CO生成速率為v(CO)=12mol/(L·min)，則N2消耗速率為v(N2)=___mol/(L·min)。

一定溫度下10L密閉容器中發生某可逆反應，其平衡常數表達式為：K=。

（3）該反應的化學方程式為___。

（4）能判斷該反應一定達到平衡狀態的是___。

a.v正(H2O)=v逆(CO)

b.容器中氣體的相對分子質量不隨時間改變

c.消耗nmolH2同時消耗nmolCO

d.容器中物質的總物質的量不隨時間改變

（5）已知常溫下0.1mol/L碳酸氫鈉溶液的pH=8.4，該溶液中的c(H2CO3)___c(CO32-)（選填“>”、“=”或“<”）；該溶液電中性的表達式為___。

Answer 1

【答案】低 吸熱 6、3、2、1、6 4 C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ab >

【解析】

（1）由石墨、金剛石燃燒生成相同產物對應熱量變化可知，相同質量的石墨的能量低于金剛石，因此等質量時石墨的能量低于金剛石；由石墨制備金剛石為低能量物質轉化為高能量物質，屬于吸熱反應；

（2）該反應中，C元素化合價從0價升高至+2價，N元素化合價從0價降低至-3價，因此C與N2的系數比為3:1，然后根據原子守恒配平方程式為：6C+3SiO2+2N2=Si3N4+6CO；根據相同方向化學反應速率之比等于其物質對應化學計量數之比可知，；

（3）由平衡常數可知，CO、H2作生成物，H2O(g)作生成物，根據元素守恒以及原子守恒可知該可逆反應化學方程式為：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)；

（4）a．v正(H2O)、v逆(CO)表示化學反應速率方向不同，當v正(H2O)=v逆(CO)時，根據化學反應速率之比等于化學計量數之比可知：v正(H2O)=v逆(CO)= v逆(H2O)，可說明反應達到平衡狀態，故a符合題意；

b．該反應中生成物均為氣體，反應物中C為固體，反應過程中氣體總質量不斷變化，氣體的物質的量也在不斷變化，當二者比值(即氣體平均相對分子質量)不變時，說明總氣體的質量以及物質的量不變，可說明反應處于平衡狀態，故b符合題意；

c．根據化學方程式可知，消耗n molH2時，一定會消耗n molCO，因此不能據此判斷反應是否處于平衡狀態，故c不符合題意；

d．該反應為等物質的量反應，反應過程中所有物質的總物質的量不變，因此不能據此判斷反應是否處于平衡狀態，故d不符合題意；

故答案為：ab；

（5）NaHCO3溶液中存在電離平衡和水解平衡，常溫下NaHCO3溶液pH=8.4>7，說明的水解程度大于其電離程度，因此水解生成的H2CO3濃度大于電離生成的濃度；溶液呈電中性的原因是溶液中微粒存在電荷守恒，其表達式為：。