Question

能源的開發(fā)利用與人類社會的可持續(xù)性發(fā)展息息相關(guān)．
I已知：Fe₂O₃（s）+3C（s）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=akJ?mol^-1
CO(g)+

1

2

O2=CO2(g)△H₂=bkJ?mol^-1
4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s）△H₃=ckJ?mol^-1
則C的燃燒熱

 

kJ．mol^-1
II（I）依據(jù)原電池的構(gòu)成原理，下列化學反應(yīng)在理論上可以設(shè)計成原電池的是

 

（填序號）．
A．C（s）+C0₂（g）=2C0（g）
B．Na0H（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H₂0（1）
C.2H₂0（l）=2H₂（g）+0₂（g）
D.2C0（g）+0₂（g）=2C0₂（g）
若以熔融的K₂CO₃與CO₂為反應(yīng)的環(huán)境，依據(jù)所選反應(yīng)設(shè)計成一個原電池，諸寫出該原電池的負極反應(yīng)：

 

．
（2）某實驗小組模擬工業(yè)合成氨反應(yīng)N₂+3H₂

高溫、高壓

催化劑

2NH₃△H=-92.4kJ?mol^-1，開始他們將N₂和H₂混合氣體20mol（體積比1：1）充入5L合成塔中．反應(yīng) 前壓強為P₀，反應(yīng)過程中壓強用P表示，反應(yīng)過程中

P

P0

與時間t的關(guān)系如圖所示．請回答下列問題：
①反應(yīng)達平衡的標志是（填字母代號）

 

A．壓強保持不變
B．氣體密度保持不變
C．NH₃的生成速率是N₂的生成速率的2倍
②2min時，以C（N₂）變化表示的平均反應(yīng)速率為

 

③若提高N₂的轉(zhuǎn)化率可采取的措施有

 

A．向體系中按體積比1：1再充入N2和H2     B．分離出NH3
C．升高溫度    D．充入He氣使壓強增大     E．加入一定量的N2
（3）25°C時，BaCO₃和BaSO₄的溶度積常數(shù)分別是8×10^-9和1×10^-10，某含有BaCO₃沉淀的懸濁液中，c(C

O

2- 3

)=0.2mol?L-1，如果加入等體積的Na₂SO₄溶液，若要產(chǎn)生 BaSO₄沉淀，加入Na₂SO₄溶液的物質(zhì)的量濃度最小是

 

mol?L^-1．

Answer 1

分析：Ⅰ、依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算，根據(jù)燃燒熱概念計算得到；
Ⅱ、（1）電池的構(gòu)成原理是自發(fā)進行的氧化還原化學反應(yīng)在理論上可以設(shè)計成原電池；以熔融的K₂CO₃與CO₂為反應(yīng)的環(huán)境，負極是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的電極；
（2）①依據(jù)平衡標志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分保持不變，分析選項判斷；
②分析圖象結(jié)合壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比，反應(yīng)前后氣體體積減少為生成氨氣的量，計算氮氣的反應(yīng)速率；
③提高轉(zhuǎn)化率，使平衡正向進行；
（3）依據(jù)沉淀轉(zhuǎn)化關(guān)系結(jié)合溶度積常數(shù)計算得到；

解答：解：I．①Fe₂O₃（s）+3C（s）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=akJ?mol^-1
②CO（g）+

1

2

O（g）=CO₂（g）△H=bKJ/mol
③4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s）△H₃=ckJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律①×2+②×6+③，6C（s）+6O₂（g）=6CO₂（g）△H=（2a+6b+c）kJ?mol^-1
碳的燃燒熱C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=

2a+6b+c

6

kJ?mol^-1
故答案為：

2a+c+6b

6

；
Ⅱ．（1）電池的構(gòu)成原理是自發(fā)進行的氧化還原化學反應(yīng)在理論上可以設(shè)計成原電池
A．C（s）+C0₂（g）=2C0（g），是吸熱反應(yīng)，不能涉及成原電池，故A不符合；
B．Na0H（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H₂0（1），是復分解反應(yīng)，不是氧化還原反應(yīng)，故B不符合；
C.2H₂0（l）=2H₂（g）+0₂（g），反應(yīng)是非自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)，故C不符合；
D.2C0（g）+0₂（g）=2C0₂（g），反應(yīng)是自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)，故D符合；
一氧化碳燃料電池在熔融的K₂CO₃與CO₂為反應(yīng)的環(huán)境中，傳到離子為碳酸根離子，負極是一氧化碳失電子生成二氧化碳，電極反應(yīng)為：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂ ；
故答案為：D，CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂ ；
（2）①氮氣和氫氣合成氨氣的反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，反應(yīng)達到平衡的標志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變；
A．反應(yīng)是氣體體積變化的反應(yīng)，壓強保持不變說明反應(yīng)達到平衡，故A正確；
B．反應(yīng)過程中氣體質(zhì)量不變，體積不變，反應(yīng)過程中密度不變，氣體密度保持不變，不能說明反應(yīng)達到平衡，故B錯誤；
C．NH₃的生成速率是N₂的生成速率的2倍，說明正逆反應(yīng)反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達到平衡，故C正確；
故答案為：AC；  
②2min時壓強之比為P；Po=0.9，相同條件下氣體物質(zhì)的量之比等于壓強之比，設(shè)反應(yīng)后的氣體物質(zhì)的量為n，則P：Po=n：20=0.9，n=18mol，反應(yīng)前后物質(zhì)的量減小2mol，依據(jù)反應(yīng)的過程分析，減少的物質(zhì)的量為生成的氨氣物質(zhì)的量，氨氣表示的反應(yīng)速率=

2mol 5L

2min

=0.2mol/L?min，依據(jù)反應(yīng)速率之比等于化學方程式系數(shù)之比得到氮氣表示的反應(yīng)速率為0.11mol?L^-1?min^-1；
故答案為：0.1mol?L^-1?min^-1；
③提高N₂的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是平衡正向進行
A．向體系中按體積比1：1再充入N₂和H2，恒溫恒容容器中計入銅比例的起始量相當于增大壓強，平衡正向進行，氮氣的轉(zhuǎn)化率增大，故A符合；
B．分離出NH₃，平衡正向進行，氮氣的轉(zhuǎn)化率增大，故B符合；
C．反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向進行，氮氣的轉(zhuǎn)化率減小，故C不符合；
D．充入He氣使壓強增大，恒溫恒容容器中 氣體分壓不變，平衡不動，故D不符合；
 E．加入一定量的N2，提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，打不起的轉(zhuǎn)化率減小，故E不符合；
故答案為：AB；
（3）25°C時，BaCO₃和BaSO₄的溶度積常數(shù)分別是8×10^-9和1×10^-10，某含有BaCO₃沉淀的懸濁液中，c(C

O

2- 3

)=0.2mol?L-1，如果加入等體積的Na₂SO₄溶液，若要產(chǎn)生 BaSO₄沉淀，分析沉淀轉(zhuǎn)化關(guān)系BaCO₃+SO₄^2-=BaSO₄+CO₃^2-，反應(yīng)的平衡常數(shù)=

c(CO32-)

c(SO42-)

=

Ksp(BaCO3)

Ksp(SO42-)

=

8×10-9

1×10-10

，c（SO₄^2-）=

0.2mol/L×1×10-10

8×10-9

=2.5×10^-3mol/L，加入Na₂SO₄溶液的物質(zhì)的量濃度最小是2.5×10^-3mol/L；
故答案為：2.5×10^-3；

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律計算應(yīng)用，原電池反應(yīng)和原理，電極反應(yīng)書寫方法，平衡標志，平衡影響因素分析判斷，沉淀溶解平衡和溶度積常數(shù)的計算，題目難度中等．