Question

13．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
某小組研究在相同溫度下該反應(yīng)過程中的能量變化．他們分別在體積均為V L的兩個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	起始時各物質(zhì)物質(zhì)的量/mol				達到平衡的時間/min	達平衡時體系能量的變化/kJ
	CO	H2O	CO2	H2
①	1	4	0	0	t1		放出熱量：32.8 kJ
②	2	8	0	0	t2		放出熱量：Q

（1）該反應(yīng)過程中，反應(yīng)物分子化學(xué)鍵斷裂時所吸收的總能量小于（填“大于”、“小于”或“等于”）生成物分子化學(xué)鍵形成時所釋放的總能量．
（2）容器①中反應(yīng)達平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為80%．
（3）計算容器②中反應(yīng)的平衡常數(shù)k=1
（4）下列敘述正確的是a（填字母序號）．
a．平衡時，兩容器中H₂的體積分數(shù)相等
b．容器②中反應(yīng)達平衡狀態(tài)時，Q＞65.6kJ
c．反應(yīng)開始時，兩容器中反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率相等
d．容器①中，化學(xué)反應(yīng)速率為：v（H₂O）=$\frac{4}{{Vt}_{1}}$mol/（L•min）
（5）已知：2H₂ （g）+O₂ （g）=2H₂O （g）△H=-484kJ/mol，寫出CO完全燃燒生成CO₂的熱化學(xué)方程式：2CO（g）+O₂（g）﹦2CO₂（g）△H=-566kJ/mol．
（6）容器①中反應(yīng)進行到t min時，測得混合氣體中CO₂的物質(zhì)的量為0.6mol．若用200mL 5mol/L的NaOH溶液將其完全吸收，反應(yīng)的離子方程式為（用一個離子方程式表示）3CO₂+5OH^-═2CO₃^2-+HCO₃^-+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則斷鍵吸收的總能量小于成鍵放出的總能量；
（2）平衡時放出熱量為32.8 kJ，則參加反應(yīng)的CO為$\frac{32.8kJ}{41kJ/mol}$=0.8mol，進而計算CO轉(zhuǎn)化率；
（3）容器①、②溫度相同，平衡常數(shù)相同，根據(jù)容器①中消耗CO物質(zhì)的量，計算平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量，反應(yīng)前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度代入K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計算平衡常數(shù)；
（4）a．容器①、②中CO、H₂O起始物質(zhì)的量之比均為1：4，反應(yīng)前后氣體體積不變，恒溫恒容下二者為等效平衡，平衡時同種物質(zhì)的含量相等；
b．容器①、②為等效平衡，平衡時CO轉(zhuǎn)化率相等，計算容器②中反應(yīng)CO的物質(zhì)的量，結(jié)合熱化學(xué)方程式計算放出的熱量；
c．濃度越大，反應(yīng)速率越快；
d．由方程式可知生成的水的物質(zhì)的量等于消耗CO物質(zhì)的量，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂O）；
（5）已知：①CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （g）△H=-484kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②可得：2CO（g）+O₂（g）﹦2CO₂（g）；
（6）（6）容器①中反應(yīng)進行到t min時，測得混合氣體中CO₂的物質(zhì)的量為0.6mol，n（NaOH）=0.2L×5mol/L=1mol，1：2＜n（CO₂）：n（NaOH）=0.6：1=3：5＜1：1，故生成Na₂CO₃、NaHCO₃，根據(jù)鈉離子守恒、碳原子守恒列方程計算Na₂CO₃、NaHCO₃的物質(zhì)的量，進而書寫離子方程式．

解答 解：（1）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物分子化學(xué)鍵斷裂時所吸收的總能量小于生成物分子化學(xué)鍵形成時所釋放的總能量，
故答案為：小于；
（2）平衡時放出熱量為32.8 kJ，則參加反應(yīng)的CO為$\frac{32.8kJ}{41kJ/mol}$=0.8mol，則CO轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.8mol}{1mol}$×100%=80%，
故答案為：80%；
（3）容器①、②溫度相同，平衡常數(shù)相同，容器①中消耗CO物質(zhì)的量為0.8mol，則：
             CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1      4         0       0
變化量（mol）：0.8    0.8       0.8     0.8
平衡量（mol）：0.2    3.2       0.8     0.8
反應(yīng)前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，則K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.8×0.8}{0.2×3.2}$=1，
故答案為：1；
（4）a．容器①、②中CO、H₂O起始物質(zhì)的量之比均為1：4，反應(yīng)前后氣體體積不變，恒溫恒容下二者為等效平衡，兩容器中H₂的體積分數(shù)相等，故a正確；
b．容器①、②為等效平衡，平衡時CO轉(zhuǎn)化率相等，容器②中反應(yīng)CO的物質(zhì)的量為2mol×80%=1.6mol，放出的熱量為1.6mol×41kJ/mol=65.6kJ，故b錯誤；
c．容器②中反應(yīng)物起始濃度比①中的大，故容器②中開始反應(yīng)速率較快，故c錯誤；
d．由方程式可知生成的水的物質(zhì)的量等于消耗CO物質(zhì)的量，則v（H₂O）=$\frac{\frac{0.8mol}{VL}}{{t}_{1}min}$=$\frac{0.8}{V{t}_{1}}$mol/（L．min），故d錯誤，
故選：a；
（5）已知：①CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （g）△H=-484kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②可得：2CO（g）+O₂（g）﹦2CO₂（g）△H=-566kJ/mol，
故答案為：2CO（g）+O₂（g）﹦2CO₂（g）△H=-566kJ/mol； 
（6）容器①中反應(yīng)進行到t min時，測得混合氣體中CO₂的物質(zhì)的量為0.6mol，n（NaOH）=0.2L×5mol/L=1mol，1：2＜n（CO₂）：n（NaOH）=0.6：1=3：5＜1：1，故生成Na₂CO₃、NaHCO₃，設(shè)Na₂CO₃、NaHCO₃的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.6}\\{2x+y=1}\end{array}\right.$，解得x=0.4，y=0.2，故反應(yīng)離子方程式為：3CO₂+5OH^-═2CO₃^2-+HCO₃^-+2H₂O；
故答案為：3CO₂+5OH^-═2CO₃^2-+HCO₃^-+2H₂O．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、平衡常數(shù)、蓋斯定律應(yīng)用、離子方程式書寫等，注意理解效平衡規(guī)律：1、恒溫恒容，反應(yīng)前后氣體體積不等，按化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化一邊，對應(yīng)物質(zhì)滿足等量；反應(yīng)前后氣體體積相等，按化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化一邊，對應(yīng)物質(zhì)滿足等比，2：恒溫恒壓，按化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化一邊，對應(yīng)物質(zhì)滿足等比．