Question

I.焦炭可用于制备电石、生产水煤气等。完成下列填空：

(1)电石的主要成分是CaC₂，CaC₂的晶体类型是___________；其与水反应的化学方程式为______________________。

(2)制备电石还需要用到CaCO₃。组成CaCO₃的三种元素原子半径按从大到小的顺序排列为____________。氧原子的核外电子排布式为_________________。

(3)与同主族元素Mg相比，Ca的金属性更______（填“强”或者“弱”）。能证明这一结论的实验事实是________________________。

II.用焦炭生产水煤气的反应为：C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂(g)。完成下列填空：

(4)一定温度下，在一个固定容积的密闭容器中发生上述反应，下列不能判断该反应达到平衡状态的是____________。（选填编号）

a．容器中的压强不再改变                   b．混合气体的密度不再改变

c．v_正(CO)=v_逆(H₂O)                        d．c(CO)=c(H₂)

(5)将不同量的C (s)和H₂O (g)分别加入到体积为2 L的恒容密闭容器中，进行反应，得到如下数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所 需时间/min
H2O	C	H2	CO
1	650	0.01	0.02		0.008	5
2	800	0.02	0.03	0.017		3

①实验1中以v(H₂) 表示的到达平衡时的平均反应速率为____________。

②下列图像正确的是________。（选填编号）

Answer

离子晶体 CaC2＋2H2O=Ca(OH)2+CH≡CH↑ Ca>C>O 1s22s22p4 强 金属钙与水的反应比金属镁剧烈[Ca(OH)2是强碱，Mg(OH)2是弱碱] d 8×10-4mol/(L•min) bc

【解析】

(1)由阴阳离子共存的晶体为离子晶体；CaC2和H2O反应生成Ca(OH)2和CH≡CH；

(2)原子核外电子层数越多其原子半径越大；同一周期元素，原子半径随着原子序数增大而减小；O原子核外有8个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式；

(3)同一主族元素，元素的金属性随着原子序数增大而增强，元素的金属性越强，其最高价氧化物的水化物碱性越强、金属与酸或水反应置换出氢气越容易；

(4)可逆反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量不变、物质的量浓度不变以及由此引起的一系列物理量不变；

(5)①先计算CO的反应速率，再根据同一可逆反应同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比计算氢气反应速率；

②化学平衡常数只与温度有关，与物质浓度及压强无关；该反应是反应前后气体体积增大的吸热的可逆反应，增大压强平衡向气体体积减小方向移动，升高温度，平衡向吸热反应方向移动。

(1)CaC2是由阴、阳离子构成的，属于离子晶体；CaC2和H2O反应生成Ca(OH)2和CH≡CH，反应方程式为CaC2+2H2O=Ca(OH)2+CH≡CH↑；

(2)原子核外电子层数越多，原子半径越大；同一周期的元素，原子半径随着原子序数增大而减小，所以这三种元素的原子半径大小顺序是Ca>C>O；O原子核外有8个电子，根据构造原理，可知其基态原子核外电子排布式为1s22s22p4；

(3)同一主族元素，元素的金属性随着原子序数增大而增强，所以金属性Ca>Mg；

元素的金属性越强，其最高价氧化物的水化物碱性越强、金属与酸或水反应置换出氢气越容易，钙与水反应比Mg剧烈、Ca(OH)2是强碱Mg(OH)2是弱碱都说明Ca的金属性大于Mg；

(4)该反应的正反应是气体体积增大的吸热反应。

a．该反应是反应前后气体体积增大的可逆反应，当容器中的压强不再改变时正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，a不符合题意；

b．反应前后气体的物质的量增大、质量增大，容器体积不变，当混合气体的密度不再改变时该反应达到平衡状态，b不符合题意；

c．v正(CO)=v逆(H2O)时，各物质的正、逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，c不符合题意；

d．CO、H2都是生成物，二者的系数相等，在任何条件下二者的浓度都相等，所以c(CO)=c(H2)时，该反应不一定达到平衡状态，与反应物初始量及转化率有关，d符合题意；

故合理选项是d；

(5)①实验1中以v(CO)表示的到达平衡时的平均反应速率v(CO)==8×10-4 mol/(L•min)，同一可逆反应在同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比，所以用H2表示的反应速率v(H2)= v(CO)=8×10-4 mol/(L•min)；

②650℃平衡时，c(H2O)=mol/L=0.001 mol/L；c(H2)=c(CO)= mol/L=0.004 mol/L，平衡常数K1==0.016；在800℃平衡时，c(H2O)=mol/L=0.0015 mol/L；c(H2)=c(CO)=mol/L=0.0085 mol/L，所以化学平衡常数K2==0.0482>0.016。

可见：在其他条件不变时，升高温度，化学平衡常数增大，说明正反应是吸热反应；

a．平衡常数只与温度有关，与压强无关，所以压强增大平衡常数不变，a错误；

b．该反应的正反应是吸热反应，升高温度，化学平衡向正反应方向移动，化学平衡常数增大，b正确；

c．该反应的正反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，水的转化率降低，c正确；

d．该反应的正反应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，水的转化率增大，d错误；

故合理选项是bc。