Question

（14分）碳、氮廣泛的分布在自然界中，碳、氮的化合物性能優(yōu)良，在工業(yè)生產(chǎn)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^oC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(zhuǎn)移1mole^—，可放出的熱量為          。

（2）某研究小組現(xiàn)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(fā)生反應：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，得到如下數(shù)據(jù)：

① 實驗Ⅰ中，前5min的反應速率v(CO₂)＝               。

②下列能判斷實驗Ⅱ已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是           。

a．容器內(nèi)CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度不再變化      b．容器內(nèi)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(zhì)量不隨時間而變化

③若實驗Ⅲ的容器是絕熱的密閉容器，實驗測得H₂O(g)的轉(zhuǎn)化率H₂O%隨時間變化的示意圖如下圖所示， b點v_正     v_逆（填“＜”、“＝”或“＞”），t₃～t₄時刻，H₂O(g)的轉(zhuǎn)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負極的電極反應式                     ，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】（每空2分，共14分）（1）132．6kJ    （2）① 0．15mol·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(nèi)溫度升高，反應逆向進行     （3）CH₃OH-6e^-+H₂O＝CO₂+6H⁺  、 1

【解析】（1）由方程式知在反應中C被氧化為CO，當有6molC參與反應時，轉(zhuǎn)移12mole^-，放出熱量1591．2kJ，因此該反應每轉(zhuǎn)移1mole^—，可放出的熱量為1591．2kJ /12＝132．6 kJ。（2）①v(CO₂)＝v(H₂)＝1．5mol/(2L·5min)＝0．15mol·L^-1·min^-1。②該反應反應前后氣體物質(zhì)的量、氣體質(zhì)量不變，因此無論反應是否平衡，容器內(nèi)壓強、混合氣體平均相對分子質(zhì)量以及混合氣體密度均保持不變。③由圖示知在c點（達到平衡）前，H₂O的轉(zhuǎn)化率一直升高，反應正向進行，故b點v_正＞v_逆；由實驗Ⅰ、Ⅱ平衡時數(shù)據(jù)可知隨溫度升高，反應平衡常數(shù)減小可知該反應為放熱反應，故c～d段H₂O的轉(zhuǎn)化率降低的原因是：該反應正反應為放熱反應，反應容器為絕熱溶液，則容器內(nèi)溫度升高，反應達到平衡后逆向移動，導致H₂O的轉(zhuǎn)化率降低。（3）由圖示該電池中有H⁺生成，且H⁺由負極移向正極可知電解質(zhì)溶液為酸性，因此在負極CH₃OH、H₂O失電子氧化為CO₂與H⁺，由此可寫出電極反應式；由電子得失守恒知當消耗560mLO₂（標準狀況下）時，轉(zhuǎn)移電子為0．1mol，故電解后溶液生成n(H⁺)＝0．1mol，電解后溶液中c(H⁺)＝0．1mol/L，故溶液pH＝1。