Question

碳、氮广泛的分布在自然界中，碳、氮的化合物性能优良，在工业生产和科技领域有重要用途。

（1）氮化硅（Si₃N₄）是一种新型陶瓷材料，它可由SiO₂与过量焦炭在1300～1700^oC的氮气流中反应制得：3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g） Si₃N₄（s）+6CO（g）。⊿H ＝-1591．2 kJ/mol，则该反应每转移1mole^—，可放出的热量为          。

（2）某研究小组现将三组CO（g）与H₂O（g）的混合气体分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，一定条件下发生反应：CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g），得到如下数据：

① 实验Ⅰ中，前5min的反应速率v（CO₂）＝               。

②900℃时该反应的平衡常数K =        

③下列能判断实验Ⅱ已经达到平衡状态的是           。

a．容器内CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度不再变化     

b．容器内压强不再变化

c．混合气体的密度保持不变                      

d．v_正（CO） ＝v_逆（CO₂）

e．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化

④若实验Ⅲ的容器是绝热的密闭容器，实验测得H₂O（g）的转化率H₂O%随时间变化的示意图如下图所示，则b点v_正     v_逆（填“＜”、“＝”或“＞”），t₃～t₄时刻，H₂O（g）的转化率H₂O%降低的原因是                                      。

（3）利用CO与H₂可直接合成甲醇，下图是由“甲醇-空气”形成的绿色燃料电池的工作原理示意图，写出以石墨为电极的电池工作时正极的电极反应式                     ，利用该电池电解1L 0．5mol/L的CuSO₄溶液，当消耗560mLO₂（标准状况下）时，电解后溶液的pH＝         （溶液电解前后体积的变化忽略不计）。

Answer

（1）132.6kJ；（2）① 0.15mol·L-1·min-1 ；②K= 1/ 3；③ad；④＞，该反应达到平衡后，因反应为放热反应且反应容器为绝热容器，故容器内温度升高，反应逆向进行；（3）O2+4e-+4H+＝2H2O，1。

【解析】

试题分析：（1）根据反应方程式，转移12mole－放出1591.2kJ的热量，则转移1mole－放出的热量为132.6kJ；（2）①v（CO）=（2－0.5）/（2×5）mol/（L·min）=0.15 mol/（L·min），根据化学反应速率之比等于化学计量数之比，v（CO2）=c（CO）=0.15mol/（L·min）；②达到平衡时，n（CO2）=（1－0.5）mol=0.5mol，n（H2O）=（2－0.5）mol=1.5mol，根据化学平衡常数的数学表达式，K=1/3；③a、根据化学平衡状态的定义，当组分的浓度不再改变，说明反应达到平衡，故正确；b、反应前后气体系数系数之和相等，压强不再改变，不能作为达到化学平衡的标志，故错误；c、根据密度的定义，组分都是气体，则气体质量不变，是恒容状态下，体积不变，因此密度不变，不能说明达到平衡，故错误；d、用不同物质的反应速率判断达到平衡，要求反应方向是一正一逆，且速率之比等于系数之比，故正确；e、M=m/n，组分都是气体，则气体质量不变，反应前后气体系数之和相等，则气体总物质的量的不变，摩尔质量不变，不能说明反应达到平衡，故错误；④b点没有达到平衡，反应向正反应方向进行，即v正＞v逆；这是绝热容器，此反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动；（3）根据电池工作原理，环境是酸性环境，因此正极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O，560mL氧气得到电子物质的量为560×10－3×4/22.4mol=0.1mol，阳极上的反应2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，产生n（H＋）=0.1mol，c（H＋）=0.1/1mol·L－1=0.1mol·L－1，则pH=1.

考点：考查化学能量变化、化学反应速率的计算、化学平衡状态的判断、原电池、电解池等知识。