Question

18．（1）在某一恒溫體積可變的密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：A（g）+B（g）?2C（g）△H＜0．t₁時刻達(dá)到平衡后，在t₂時刻改變某一條件，其反應(yīng)過程如圖1．下列說法正確的是ac（填序號字母）
a．0～t₁時，v_正＞v_逆，t₂時，v_逆＞v_正
b．混合氣體的密度不再改變時，Ⅰ、Ⅱ兩過程達(dá)到平衡
c．t₂時刻改變的條件可以是向密閉容器中加C
d．Ⅰ、Ⅱ兩過程達(dá)到平衡時，平衡常數(shù)Ⅰ＜Ⅱ

（2）工業(yè)上常用CO₂和NH₃通過如下反應(yīng)合成尿素[CO（NH₂）₂]．
CO₂（g）+2NH₃（g）$\stackrel{一定條件}{?}$CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H＜0t℃時，向容積恒定為2L的密閉容器中加入0.10molCO₂和0.40molNH₃，70min開始達(dá)到平衡．反應(yīng)中CO₂（ g）的物質(zhì)的量隨時間變化如表所示：

時間/min	0	20	70	80	100
n（CO2）/mol	0.10	0.060	0.020	0.020	0.020

①70min時，平均反應(yīng)速率υ （CO₂ ）=5.7×10^-4mol/L•min．
②在100min時，保持其它條件不變，再向容器中充入0.050mo1CO₂和0.20molNH₃，重新建立平衡后CO₂的轉(zhuǎn)化率與原平衡相比將增大（填“增大”、“不變”或“減小”）．
③上述可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)為277.8（保留一位小數(shù)）．
④圖2所示裝置（陰、陽極均為惰性電極）可用于電解尿素〔CO（NH₂）₂〕的堿性溶液制取氫氣．該裝置中陽極的電極反應(yīng)式為CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，
（3）CH₄燃料電池，裝置示意如圖3（A、B為多孔性碳棒）．持續(xù)通入甲烷，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，消耗甲烷體積VL．當(dāng) 0＜V≤44.8L時，電池總反應(yīng)方程式為CH₄+2O₂+KOH=KHCO₃+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）a、由圖象分析可知，0～t₁，反應(yīng)正向進(jìn)行，v_正＞v_逆，t₁～t₂，反應(yīng)到達(dá)平衡，v_正=v_逆，t₂時，反應(yīng)逆向進(jìn)行；
b、根據(jù)氣體的密度等于氣體質(zhì)量和體系體積的比值來判斷；
c、向密閉容器中加C，逆反應(yīng)速率瞬間增大，再次建立的平衡與原平衡等效，說明和原平衡相同；
d、由圖象分析可知，t₂時刻改變條件后達(dá)到平衡逆反應(yīng)速率不變，說明和原平衡等效，則平衡常數(shù)不變．
（2）①根據(jù)反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$來計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率；
②當(dāng)向容器中再加入氣體，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，會向著氣體系數(shù)和減小的方向進(jìn)行；
③根據(jù)三行式計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)；
④電解尿素〔CO（NH₂）₂〕的堿性溶液，在陽極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式；
（3）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根據(jù)甲烷的量計(jì)算生成的二氧化碳的量，結(jié)合反應(yīng)方程式判斷反應(yīng)產(chǎn)物及發(fā)生的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)分離出的溶液是氯化鋁溶液，惰性電極電解陽極氯離子放電生成氯氣，陰極氫離子放電生成氫氣，附近氫氧根離子和鋁離子反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，隨氫氧根離子濃度增大，氫氧化鋁可以溶解于堿中，由此分析解答．

解答 解：（1）a、0～t₁，反應(yīng)正向進(jìn)行，v_正＞v_逆，t₁～t₂，反應(yīng)到達(dá)平衡，v_正=v_逆，t₂時，反應(yīng)逆向進(jìn)行，v_逆＞v_正，故a正確；
B、混合氣體的密度等于氣體質(zhì)量和體系體積的比值，反應(yīng)中質(zhì)量守恒，前后氣體系數(shù)和相等，所以當(dāng)密度不再改變時，不一定平衡，故b錯誤；
C、向密閉容器中加C，逆反應(yīng)速率瞬間增大，再次建立的平衡與原平衡等效，說明和原平衡相同，符合圖象，故c正確；
D、t₂時刻改變條件后達(dá)到平衡逆反應(yīng)速率不變，說明和原平衡等效，所以Ⅰ、Ⅱ兩過程達(dá)到平衡時，平衡常數(shù)I=Ⅱ，故d錯誤；
故選：ac；
（2）①70min時，平均反應(yīng)速率υ （CO₂ ）=$\frac{\frac{0.1mol-0.02mol}{2L}}{70min}$mol/（L•min）=0.00057mol/（L•min）=5.7×10^-4mol/（L•min）；故答案為：5.7×10^-4mol/（L•min）；
 ②在100min時，保持其它條件不變，再向容器中充入0.050mo1CO₂和0.20molNH₃，重新建立平衡后相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，會向著氣體系數(shù)和減小的方向進(jìn)行，即向著正方向進(jìn)行，所以CO₂的轉(zhuǎn)化率與原平衡相比將增大，故答案為：增大；
③可逆反應(yīng)在70min時達(dá)到了平衡，
         CO₂（g）+2NH₃（g）$\stackrel{一定條件}{?}$CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
初始濃度：0.05     0.2                            0
變化濃度：0.04     0.08                         0.04
平衡濃度：0.01      0.12                       0.04
所以K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{0.04}{0.01×0.1{2}^{2}}$≈277.8，故答案為：277.8；
④電解尿素〔CO（NH₂）₂〕的堿性溶液，在陽極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，故答案為：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；
（3）n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；當(dāng)0＜V≤44.8 L時，0＜n（CH₄）≤2mol，則0＜n（CO₂）≤2mol，發(fā)生反應(yīng)①②③，電池總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+KOH=KHCO₃+2H₂O，實(shí)驗(yàn)分離出的溶液是碳酸氫鉀溶液，惰性電極電解陽極氫氧根離子放電生成氧氣，陰極氫離子放電生成氫氣，故答案為：CH₄+2O₂+KOH=KHCO₃+2H₂O．

點(diǎn)評 本題考查了通過計(jì)算書寫燃料電池的電極反應(yīng)式、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡的有關(guān)計(jì)算等重要考點(diǎn)，涉及的知識點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，難度較大．