Question

4．許多含碳、含氫物質是重要的化工原料．
（1）某新型儲氫合金（化學式為Mg₁₇Al₁₂）的儲氧原理為Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al，此變化中氧化產(chǎn)物是MgH₂（填化學式）．
（2）C₂O₃是一種無色無味的氣體，可溶于水生成草酸（H₂C₂O₄），請寫出它與足量NaOH溶液混合時反應的化學方程式：H₂C₂O₄+2NaOH=Na₂C₂O₄+2H₂O．
（3）已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₁=-198kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-846.3kJ•mol^-1

化學鍵	C≡O	O=O	C=O
鍵能（kJ•mol-1）	958.5	497	745

則CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）的△H=30.6KJ/mol．
（4）向容積為2L的某恒容密閉容器中充入3molCH₄、4molH₂O，測出溫度為T℃時，容器內H₂物質的量濃度（mol/L）隨時間的變化如圖Ⅱ所示，圖中Ⅰ、Ⅲ分別表示相對于Ⅱ僅改變反應條件后，c（H₂）隨時間的變化
①若曲線Ⅰ代表的是僅變化一種條件后的情況，則改變的條件可能是升溫，a、b兩點后用CO濃度變化表示的反應速率關系為a＜b（填“＞”“＜”“=”）．
②曲線Ⅱ對應反應的平衡常數(shù)為54，該溫度下，若將等物質的量濃度的CH₄、H₂O、CO、H₂混合在該容器中，則開始時H₂的生成速率無法確定（填“＞”“＜”“=”或“無法確定”）H₂的消耗速率．
③曲線Ⅲ相對于曲線Ⅱ改變的條件是b（填序號）．
a．降低溫度    b．使用催化劑、降低溫度    c．充入氦氣．

Answer 1

分析 （1）氧化還原反應中元素化合價升高的被氧化得到氧化產(chǎn)物；
（2）C₂O₃是一種無色無味的氣體，可溶于水生成草酸（H₂C₂O₄），與足量NaOH溶液混合發(fā)生酸堿中和反應生成鹽和水；
（3）依據(jù)圖表鍵能計算反應焓變，CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂ ，結合熱化學方程式和蓋斯定律計算③-②-3×①得到所需熱化學方程式；
（4）①若曲線Ⅰ代表的是僅變化一種條件后的情況，曲線Ⅰ達到平衡所需時間少，說明反應速率快，且生成氫氣濃度大，平衡正向進行，改變條件是升溫；
②曲線Ⅱ對應反應的平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$，結合三行計算列式計算平衡濃度計算得到，若將等物質的量濃度的CH₄、H₂O、CO、H₂混合在該容器中，計算此時濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應進行的方向；
③曲線Ⅲ相對于曲線Ⅱ，達到平衡所需時間短，反應速率快，氫氣濃度減小說明平衡逆向進行．

解答 解：（1）Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al，此變化中鎂元素化合價0價變化為+2價，被氧化得到氧化產(chǎn)物是MgH₂，故答案為：MgH₂；
（2）C₂O₃是一種無色無味的氣體，可溶于水生成草酸（H₂C₂O₄），與足量NaOH溶液混合發(fā)生酸堿中和反應生成鹽和水，反應的化學方程式為：H₂C₂O₄+2NaOH=Na₂C₂O₄+2H₂O，故答案為：H₂C₂O₄+2NaOH=Na₂C₂O₄+2H₂O；
（3）CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂ =（958，5+$\frac{1}{2}$×497-2×745）KJ/mol=-282.9KJ/mol，
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₁=-198kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-282.9KJ/mol，
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-846.3kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算③-②-3×①得到CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=30.6KJ/mol，
故答案為：30.6KJ/mol；
（4）①若曲線Ⅰ代表的是僅變化一種條件后的情況，曲線Ⅰ達到平衡所需時間少，說明反應速率快，且生成氫氣濃度大，平衡正向進行，改變條件是升溫，a、b兩點后，a點溫度小于b點，所以用CO濃度變化表示的反應速率關系為a＜b，
故答案為：升溫；＜；
②結合三行計算列式計算平衡濃度計算得到，圖象中可知達到平衡狀態(tài)氫氣濃度為3mol/L，
                          CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L）  1.5              2               0            0
變化量（mol/L） 1                 1              1              3
平衡量（mol/L） 0.5              1               1              3
曲線Ⅱ對應反應的平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$=$\frac{{3}^{3}×1}{0.5×1}$=54，
若將等物質的量濃度的CH₄、H₂O、CO、H₂混合在該容器中，設物質的量濃度為c，計算此時濃度商Qc=$\frac{{c}^{3}×c}{c×c}$=c²，和平衡常數(shù)無法比較大小，所以反應進行方向無法確定，開始時H₂的生成速率和氫氣消耗數(shù)量無法確定，
故答案為：54；無法確定；
③曲線Ⅲ相對于曲線Ⅱ，達到平衡所需時間短，反應速率快，氫氣濃度減小說明平衡逆向進行，
a．降低溫度反應速率減小，達到平衡時間增大，故a錯誤；
b．使用催化劑加快反應速率、降低溫度平衡逆向進行，氫氣濃度減小，故b正確；
c．充入氦氣總壓增大，氣體分壓不變平衡不變，故c錯誤；
故答案為：b．

點評 本題考查了氧化還原反應、熱化學方程式和蓋斯定律計算應用、焓變的計算、反應速率和化學平衡影響因素分析判斷、注意圖象曲線變化的特征和化學平衡移動原理的理解應用，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．