Question

（14分）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：

① CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) △H＝－41 kJ/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)物分子化學鍵斷裂時所吸收的總能量 （填“大于”、“小于”或“等于”）生成物分子化學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 %。

（3）計算容器②中反應(yīng)的平衡常數(shù)K= 。

（4）下列敘述正確的是 （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 > 65.6 kJ

C．反應(yīng)開始時，兩容器中反應(yīng)的化學反應(yīng)速率相等

D．容器①中，化學反應(yīng)速率為：

（5）已知：② 2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (g) ΔH＝－484 kJ/mol，寫出CO完全燃燒生成CO2的熱化學方程式： 。

（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0.6 mol。若用200 mL 5 mol/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） 。

（7）研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF2-CaO作電解質(zhì)，利用圖中所示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦。

①寫出陽極所發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式： 。

②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是（請結(jié)合反應(yīng)式解釋） 。

 

Answer 1

（1）小于；（2）80%。；（3）1 （4）A；（5）2CO(g) + O2(g) === 2CO2(g) △H = -566 kJ/mol

（6）3CO2 + 5OH- === 2CO32- + HCO3- + 2H2O

（7）① 2O2- - 4e- == O2↑或 C + 2O2- - 4e- == CO2↑

②制備TiO2時，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)： 2CaO 2Ca + O2↑， 2Ca + TiO2 Ti + 2CaO，

由此可見，CaO的量不變。

或： 制備TiO2時，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：陰極：2Ca2+ + 4e- == 2Ca ；陽極：2O2- - 4e- == O2↑

2Ca + TiO2 Ti + 2CaO，，由此可見，CaO的量不變。

【解析】

試題分析：（1）該反應(yīng)過程中，反應(yīng)物分子化學鍵斷裂時所吸收的總能量小于生成物分子化學鍵形成時所釋放的總能量，所以發(fā)生化學反應(yīng)時放出熱量。（2）容器①中反應(yīng)達平衡時，32.8 kJ ÷41 kJ =0.8，所以CO的轉(zhuǎn)化率為80%；（3）由于容器①、容器②中的溫度不變，所以反應(yīng)的平衡常數(shù)相同。K=；（4）A. 由于該容器內(nèi)的反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積相等的反應(yīng)，兩個容器內(nèi)反應(yīng)物的物質(zhì)的量的比相等，所以達到平衡時，兩容器中為等效平衡，故H2的體積分數(shù)相等，正確；B．由于容器容器①、②是等效平衡，所以物質(zhì)的量是①的2倍，放出的熱量也是①的2倍，所以②中反應(yīng)達平衡狀態(tài)時，Q =32.8 kJ×2= 65.6 kJ；錯誤；C．反應(yīng)開始時，由于②的物質(zhì)的量是①的2倍，濃度越大，反應(yīng)速率就越快，錯誤；D．化學反應(yīng)速率是單位時間內(nèi)物質(zhì)的量濃度的改變數(shù)值，該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)物不可能完全反應(yīng)，故該選項錯誤。①×2+②整理可得：2CO(g) + O2(g) === 2CO2(g) △H = -566 kJ/mol；（6）n(CO2)=0.6 mol ;n(NaOH)= 0.200L ×5 mol/L=1mol,則n(CO2)：n(NaOH)=3：5，所以化學方程式是：3CO2 + 5OH- === 2CO32- + HCO3- + 2H2O；（7）①在陽極O2-失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，所發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式是：2O2- - 4e- == O2↑或?qū)憺镃 + 2O2- - 4e- == CO2↑；②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是制備TiO2時，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：陰極：2Ca2+ + 4e- == 2Ca ；陽極：2O2- - 4e- == O2↑；2Ca + TiO2 Ti + 2CaO，，由此可見，CaO的量不變。

考點：考查化學鍵的鍵能與反應(yīng)熱的關(guān)系、物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率、平衡狀態(tài)的判斷、離子方程式的書寫、電解原理的應(yīng)用的知識。