Question

5．運(yùn)用所學(xué)化學(xué)原理，解決下列問題：
（1）已知：Si+2NaOH+H₂O═Na₂SiO₃+2H₂．某同學(xué)利用單質(zhì)硅和鐵為電極材料設(shè)計(jì)原電池（NaOH為電解質(zhì)溶液），該原電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為Si+6OH^--4e^-=SiO₃^2-+3H₂O；
（2）已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1；②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H=b kJ•mol^-1；③Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H=c kJ•mol^-1．工業(yè)上生產(chǎn)粗硅的熱化學(xué)方程式為2C（s）+SiO₂（s）=Si（s）+2CO（g）△H=（a+b-c）kJ•mol^-1；
（3）已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）．表為該反應(yīng)在不同溫度時(shí)的平衡常數(shù)．則：該反應(yīng)的△H＜0（填“＜”或“＞”）；500℃時(shí)進(jìn)行該反應(yīng)，且CO和H₂O起始濃度相等，CO平衡轉(zhuǎn)化率為75%．

溫度℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

Answer 1

分析 （1）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，Si在負(fù)極上失去電子，堿性條件下生成硅酸根與水，結(jié)合電荷守恒和原子守恒書寫；
（2）根據(jù)蓋斯定律書寫目標(biāo)熱化學(xué)方程式；，已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1；
②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H=b kJ•mol^-1；
③Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H=c kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①+②-③得到所需熱化學(xué)方程式；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，平衡常數(shù)減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
CO和H₂O起始濃度相等，令他們的濃度為1mol/L，設(shè)平衡時(shí)CO的濃度變化量為xmol/L，利用三段式表示出平衡時(shí)各組分的濃度，根據(jù)平衡常數(shù)列方程計(jì)算，進(jìn)而計(jì)算CO轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，Si在負(fù)極上失去電子，堿性條件下生成硅酸根與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：Si+6OH^--4e^-=SiO₃^2-+3H₂O，
故答案為：Si+6OH^--4e^-=SiO₃^2-+3H₂O；
（2）已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1；
②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H=b kJ•mol^-1；
③Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H=c kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①+②-③得：2C（s）+SiO₂（s）=2CO（g）+Si（s）△H=（a+b-c） kJ•mol^-1，
故答案為：2C（s）+SiO₂（s）=2CO（g）+Si（s）△H=（a+b-c） kJ•mol^-1；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，平衡常數(shù)減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0；
CO和H₂O起始濃度相等，令他們的起始濃度為1mol/L，設(shè)平衡時(shí)CO的濃度變化量為xmol/L，則：
                         CO（g）+H₂O（g）═H₂（g）+CO₂（g）
開始（mol/L）：1              1               0            0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：x             x               x            x
平衡（mol/L）：1-x        1-x             x            x
故 $\frac{{x}^{2}}{（1-x）^{2}}$=9，解得x=0.75，
故CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.75mol/L}{1mol/L}$×100%=75%，
故答案為：＜；75%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查原電池、熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡計(jì)算等，側(cè)重對基礎(chǔ)知識(shí)的鞏固，負(fù)極電極反應(yīng)式可以利用電荷守恒和原子守恒書寫，難度不大．