Question

7．Ⅰ．用煤炭氣合成甲醇的反應(yīng)為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），在密閉容器中，將CO和H₂按物質(zhì)的量1：2混合反應(yīng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系，圖中兩條曲線分別表示壓強(qiáng)為0.1MPa和5.0MPa下CO轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化．

回答下列問(wèn)題：
A．該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的條件是低溫（填低溫、高溫、任何溫度）
B．圖中兩條曲線分別表示壓強(qiáng)為0.1MPa和5.0MPa下CO轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化，其中代表壓強(qiáng)是5.0MPa的曲線是A（填“A”或“B”）．
C．若該反應(yīng)在一定條件下達(dá)到△H=T△S，則此時(shí)反應(yīng)的V_正=V_逆（填“＞”、“＜|、”=“）．
D.0.1MPa、200℃時(shí)平衡混合氣體中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是25%．
Ⅱ．工業(yè)合成氨反應(yīng)中，請(qǐng)通過(guò)必要的計(jì)算和分析判斷下列改變的條件，一定能使合成氨反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的化學(xué)平衡向正向移動(dòng)的是ABD．
A．保持溫度和體積不變，通入少量N₂
B．保持溫度和體積不變，通入少量H₂
C．保持溫度和壓強(qiáng)不變，通入少量N₂
D．保持溫度和壓強(qiáng)不變，通入少量H₂
Ⅲ．有科研人員設(shè)計(jì)了汽油燃料電池，電池工作原理如圖所示：一個(gè)電極通入氧氣，另一電極通入汽油蒸汽，電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O^2-．
（1）以己烷（C₆H₁₄）代表汽油，寫(xiě)出該電池工作時(shí)負(fù)極反應(yīng)方程式C₆H₁₄-38e^-+19O^2-=6CO₂+7H₂O．
（2）已知1mol電子的電量是96500C，用該電池和惰性電極電解飽和食鹽水，當(dāng)電路中通過(guò)1.9300×10⁴C的電量時(shí)，生成標(biāo)況下氫氣的體積為22.4L．

Answer 1

分析 Ⅰ．A．自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，結(jié)合反應(yīng)特征分析判斷需要的條件；
B．比較壓強(qiáng)，統(tǒng)一溫度，在相同溫度200℃時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率比B的高，說(shuō)明壓強(qiáng)改變，平衡正向移動(dòng)；
C．△G=△H-T△S=0，說(shuō)明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
D．結(jié)合圖象，利用三段式法解答該題；
Ⅱ．A．增加反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，化學(xué)平衡正向移動(dòng)；
B．也是增加反應(yīng)物的濃度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)；
C．通過(guò)必要的計(jì)算和分析判斷，若在某件下，反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）在某恒壓的容器中發(fā)生合成氨的反應(yīng)．當(dāng)平衡時(shí)．測(cè)得其中含有1.0molN₂，0.4molH₂，0.4molNH₃，此時(shí)容積為2升，保持溫度和壓強(qiáng)不變，體積之比等于其物質(zhì)的量之比，向此容器內(nèi)通入0.36mol N₂，列式計(jì)算平衡濃度；
D．通過(guò)必要的計(jì)算和分析判斷，若在某件下，反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）在某恒壓的容器中發(fā)生合成氨的反應(yīng)．當(dāng)平衡時(shí)．測(cè)得其中含有1.0molN₂，0.4molH₂，0.4molNH₃，此時(shí)容積為2升，保持溫度和壓強(qiáng)不變，體積之比等于其物質(zhì)的量之比，向此容器內(nèi)通入0.36mol H₂，列式計(jì)算平衡濃度；
Ⅲ．（1）電解質(zhì)能在高溫下能傳導(dǎo)O^2-，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，即C₆H₁₄失去電子生成CO₂，根據(jù)質(zhì)量守恒和電荷守恒寫(xiě)出電極反應(yīng)式；
（2）一個(gè)電子的電量是1.602×10^-19C，當(dāng)電路中通過(guò)1.929×10⁵ C的電量時(shí)，電子的個(gè)數(shù)=$\frac{1.929×1{0}^{5}C}{1.602×1{0}^{-19}C}$=1.204×10²⁴，電子的物質(zhì)的量=$\frac{1.204×1{0}^{24}}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}$=2mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子和氫氣的關(guān)系式計(jì)算．

解答 解：Ⅰ．A．①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l），熵變△S＜0，則反應(yīng)焓變△H＜0，低溫下滿足△H-T△S＜0，
故答案為：低溫；
B．比較壓強(qiáng)，統(tǒng)一溫度，在相同溫度200℃時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率比B的高，說(shuō)明壓強(qiáng)改變，平衡正向移動(dòng)，對(duì)于CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），是氣體體積縮小的反應(yīng)，則壓強(qiáng)的改變只能是增大壓強(qiáng)，所以A點(diǎn)的壓強(qiáng)大，為5.0MPa，
故答案為：A；
C．△G=△H-T△S=0，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則此時(shí)反應(yīng)的V_正=V_逆；
故答案為：=；
D．設(shè)加入COamol，則有H₂2amol
　　　　　　　　CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
反應(yīng)前（mol） 　a 　　　 2a 　　　　　0
反應(yīng)了（mol） 0.5a 　  　 a 　　　　 　0.5a
平衡時(shí)（mol） 0.5a　　   a 　　　　 　0.5a
可求得：$\frac{0.5a}{0.5a+a+0.5a}$×100%=25%，
故答案為：25%；
Ⅱ．A．保持溫度和體積不變，通入少量N₂，增加反應(yīng)物氮?dú)獾臐舛�，化學(xué)反應(yīng)速率加快，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，故A正確；
B．保持溫度和體積不變，通入少量H₂，也是增加反應(yīng)物的濃度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，故B正確；
C．若在某件下，反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）在某恒壓的容器中發(fā)生合成氨的反應(yīng)．當(dāng)平衡時(shí)．測(cè)得其中含有1.0molN₂，0.4molH₂，0.4molNH₃，此時(shí)容積為2升，列式計(jì)算平衡濃度，
                          N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol/L）   0.6         0.5             0
變化量（mol/L）  0.1         0.3            0.2
平衡量（mol/L）  0.5         0.2            0.2
則此條件下的平衡常數(shù)K=$\frac{0．{2}^{2}}{0.5×0．{2}^{3}}$=10；
保持溫度和壓強(qiáng)不變，體積之比等于其物質(zhì)的量之比，向此容器內(nèi)通入0.36mol N₂，此時(shí)容器體積為（1.0mol+0.4mol+0.4mol）：（1.0mol+0.4mol+0.4mol+0.36mol）=2：V，V=2.4L，所以Q_（c）=$\frac{（\frac{0.4}{2.4}）^{2}}{\frac{1+0.36}{2.4}×（\frac{0.4}{2.4}）^{3}}$=10.58＞K=10，平衡逆向進(jìn)行，故C錯(cuò)誤；
D．若在某件下，反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）在某恒壓的容器中發(fā)生合成氨的反應(yīng)．當(dāng)平衡時(shí)．測(cè)得其中含有1.0molN₂，0.4molH₂，0.4molNH₃，此時(shí)容積為2升，列式計(jì)算平衡濃度，
                          N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol/L）   0.6         0.5             0
變化量（mol/L）  0.1         0.3            0.2
平衡量（mol/L）  0.5         0.2            0.2
則此條件下的平衡常數(shù)K=$\frac{0．{2}^{2}}{0.5×0．{2}^{3}}$=10；
保持溫度和壓強(qiáng)不變，體積之比等于其物質(zhì)的量之比，向此容器內(nèi)通入0.36mol H₂，此時(shí)容器體積為（1.0mol+0.4mol+0.4mol）：（1.0mol+0.4mol+0.4mol+0.36mol）=2：V，V=2.4L，所以Q_（c）=$\frac{（\frac{0.4}{2.4}）^{2}}{\frac{1}{2.4}×（\frac{0.4+0.36}{2.4}）^{3}}$=2.1＜K=10，平衡正向進(jìn)行，故D正確；
故選ABD；
Ⅲ．（1）電解質(zhì)能在高溫下能傳導(dǎo)O^2-，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，即1molC₆H₁₄失去電子生成CO₂，共失去38mole^-，電極反應(yīng)為：C₆H₁₄-38e^-+19O^2-=6CO₂+7H₂O，
故答案為：C₆H₁₄-38e^-+19O^2-=6CO₂+7H₂O； 
（2）一個(gè)電子的電量是1.602×10^-19C，當(dāng)電路中通過(guò)1.929×10⁵ C的電量時(shí)，電子的個(gè)數(shù)=$\frac{1.929×1{0}^{5}C}{1.602×1{0}^{-19}C}$=1.204×10²⁴，電子的物質(zhì)的量=$\frac{1.204×1{0}^{24}}{6.02×1{0}^{23}mo{l}^{-1}}$=2mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子和氫氣的關(guān)系式得氫氣的物質(zhì)的量為1mol，則體積為22.4L，
故答案為：22.4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)自發(fā)性的判斷、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷，涉及影響化學(xué)平衡的計(jì)算、熱化學(xué)方程式以及電解等知識(shí)，難度較大，構(gòu)建平衡建立的途徑進(jìn)行比較是關(guān)鍵；結(jié)合考查了化學(xué)反應(yīng)速率和對(duì)圖表的理解解析能力，綜合能力要求較高．