Question

2．碳及其化合物應(yīng)用廣泛．
I．工業(yè)上利用CO和水蒸汽反應(yīng)制氫氣，存在以下平衡：
CO（g）+H₂O（g）$\stackrel{沸石分子篩}{?}$CO₂（g）+H₂（g）
（1）沸石分子篩中含有硅元素，請(qǐng)寫(xiě)出硅原子結(jié)構(gòu)示意圖（2）向1L恒容密閉容器中注人CO和H₂O（g），830℃時(shí)測(cè)得部分?jǐn)?shù)據(jù)如表．

t/min	0	1	2	3	4	5
n（CO）/mol	0.200	0.160	0.125	0.099	0.080	0.080
n（H2O）/mol	0.300	0.260	0.225	0.199	0.180	0.180

則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1
（3）相同條件下，向1L恒容密閉容器中，同時(shí)注人1m o l CO、1mol H₂O （g），2molCO₂和2mo1H₂，此時(shí)v（正 ）＜    v（逆）（填“＞”“=”或“＜”）
II．已知CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）= CO₂ （g）△H=-141kJ•mol^-1
2H₂ （g）+O₂（g）= 2H₂o （g）△H=-484kJ•mol^-1
CH₃OH（1）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂ （g）+2H₂O （g）△H=-726kJ•mol^-1'
（4）利用CO、H₂化合制得液態(tài)甲醇的熱化學(xué)方程式為CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=+101kJ/mol
III．一種新型氫氧燃料電池工作原理如圖所示
（5）寫(xiě)出電極A的電極反應(yīng)式H₂-2e^-+CO₃^2-=CO₂+H₂O
（6）以上述電池電解飽和食鹽水，若生成0.2mo1 Cl₂，則至少需通入O₂的體積為2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）

Answer 1

分析 （1）硅原子時(shí)14號(hào)元素，原子中核電荷數(shù)為14，依據(jù)原子核外電子排布規(guī)律書(shū)寫(xiě)原子結(jié)構(gòu)示意圖；
（2）由圖表數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)在4min達(dá)到平衡，列三段式，依據(jù)平衡常數(shù)概念計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)K；
（3）計(jì)算注人1m o l CO、1mol H₂O （g），2molCO₂和2mo1H₂的濃度商，和該溫度的平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（4）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需讓熱學(xué)方程式；
（5）分析裝置圖是氫氧燃料電池，電解質(zhì)為碳酸鉀熔融鹽，傳導(dǎo)離子為碳酸根離子；依據(jù)原電池原理可知電極A為負(fù)極，氫氣失電子在堿溶液中生成水，B為正極氧氣得到電子生成氫氧根離子；
（6）依據(jù)原電池和電解池中電極反應(yīng)和電子守恒得到物質(zhì)的定量關(guān)系進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）硅原子核電荷數(shù)為14，原子結(jié)構(gòu)示意圖為：，
故答案為：；
（2）由圖表數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)在4min達(dá)到平衡，
   CO（g）+H₂O（g）$\stackrel{沸石分子篩}{?}$CO₂（g）+H₂（g）
c始：0.2     0.3                          0         0       
c轉(zhuǎn)：0.12    0.12                        0.12     0.12
c平：0.08    0.18                         0.12     0.12
則化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1；
故答案為：1；
（3）溫度不變，K不變，相同條件下，向1L恒容密閉容器中，同時(shí)注人1mol CO、1mol H₂O（g），2mol CO₂和2mol H₂，此時(shí)濃度商Qc=$\frac{2×2}{1×1}$＞K=1，反應(yīng)逆向進(jìn)行，此時(shí)v（正 ）＜v（逆）；
故答案為：＜；
（4）已知①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）△H=-141kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
③CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）△H_l=-726kJ•mol^-1'
依據(jù)蓋斯定律①+②-③得到CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=+101 kJ/mol，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=+101 kJ/mol；
（5）裝置圖是氫氧燃料電池，電解質(zhì)為碳酸鉀熔融鹽，傳導(dǎo)離子為碳酸根離子；依據(jù)原電池原理可知電極A為負(fù)極，氫氣失電子在堿溶液中生成水，A電極反應(yīng)為：H₂-2e^-+CO₃^2-=CO₂+H₂O；B為正極氧氣得到電子生成氫氧根離子O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案為：H₂-2e^-+CO₃^2-=CO₂+H₂O；
（6）電池電解飽和食鹽水，陽(yáng)極生成0.2mol Cl₂，電極反應(yīng)2Cl^--2e^-=CL₂↑，原電池中B為正極氧氣得到電子生成氫氧根離子O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，依據(jù)電子守恒得到氯氣和氧氣的定量關(guān)系：2CL₂～O₂ ，生成氧氣0.1mol，則至少需通人O₂的體積標(biāo)準(zhǔn)狀況下為2.24L，
故答案為：2.24．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)概念、原電池電極反應(yīng)、電解池電子守恒的計(jì)算、原子結(jié)構(gòu)的分析判斷，化學(xué)平衡影響因素和計(jì)算的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．