Question

試運用所學知識，解決下列問題：
（1）已知某反應的平衡表達式為K=

c(H2)?c(CO)

c(H2O)

，它所對應的化學方程式為：

 

．
（2）已知在400℃時，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0的K=0.5，則400℃時，在0.5L的反應容器中進行合成氨反應，一段時間后，測得N₂、H₂、NH₃的物質的量分別為2mol、1mol、2mol，則此時反應v（N₂）_正

 

v（N₂）_逆（填：＞、＜、=、不能確定）．欲使得該反應的化學反應速率加快，同時使平衡時NH₃的體積百分數增加，可采取的正確措施是

 

（填序號）．
A．縮小體積增大壓強  B．升高溫度  C．加催化劑  D．使氨氣液化移走
（3）在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：A（g）+3B（g）?2C（g）+D（s）△H，其化學平衡常數K與溫度t的關系如下表：

t/K	300	400	500	…
K/（mol?L-1）2	4×106	8×107	K1	…

請完成下列問題：
①判斷該反應的△H

 

0（填“＞”或“＜”）．
②在一定條件下，能判斷該反應一定達化學平衡狀態(tài)的是

 

（填序號）．
A．3v（B）_（正）=2v（C）_（逆） B．A和B的轉化率相等
C．容器內壓強保持不變        D．混合氣體的密度保持不變
（4）以天然氣（假設雜質不參與反應）為原料的燃料電池示意圖如圖所示．
①放電時，負極的電極反應式為

 

②假設裝置中盛裝100.0mL 3.0mol?L^-1 KOH溶液，放電時參與反應的氧氣在標準狀況下體積為8960mL．放電完畢后，電解質溶液中各離子濃度的大小關系為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡狀態(tài)的判斷,化學電源新型電池,化學平衡常數的含義

專題：化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）化學平衡常數指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時，各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，據此書寫方程式；
（2）計算濃度商和平衡常數減小比較判斷反應進行的方向，若Q=K，反應達到平衡，Q＜K，反應正向進行，Q＞K反應逆向進行；使得該反應的化學反應速率加快，同時使平衡時NH₃的體積百分數增加，需要改變條件 滿足化學反應速率增大，且平衡正向進行；
（3）①平衡常數隨溫度變化，平衡常數越大，平衡正向進行；
②化學平衡標志是正逆反應速率相同，各組分含量保持不變；
（4）①負極發(fā)生氧化反應，天然氣在負極放電生成碳酸根離子；
②計算氧氣的物質的量，進而計算生成二氧化碳的物質的量，根據n（NaOH）與n（CO₂）比例關系判斷反應產物，進而計算溶液中電解質物質的量，結合鹽類水解與電離等判斷．

解答： 解：（1）平衡表達式為：K=

C(H2)?C(CO)

C(H2O)

，生成物為CO、H₂，反應物含有H₂O，三者化學計量數分別為1、1、1，根據元素守恒，故另一反應物為固體C，反應中它所對應反應的化學方程式為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（2）一段時間后，測得N₂、H₂、NH₃的物質的量分別為2mol、1mol、2mol，
則c（N₂）=4mol/L，c（H₂）=2mol/L，c（NH₃）=4mol/L，
則Q=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

=

42

4×23

=0.5，說明反應達到平衡狀態(tài)，則有v（NH₃）_正=v（NH₃）_逆，
欲使得該反應的化學反應速率加快，同時使平衡時NH₃的體積百分數增加，
A．反應是氣體體積減小的反應，縮小體積增大壓強，反應速率增大，平衡逆向進行，故A正確；
B．反應是放熱反應，升高溫度，速率增大，平衡逆向進行，故B錯誤；
C．加催化劑改變反應速率，不改變平衡，故C錯誤；
D．使氨氣液化移走，平衡正向進行，反應速率減小，故D錯誤；
故答案為：=；A；
（3）A（g）+3B（g）?2C（g）+D（s），反應是氣體體積減小的反應
①平衡常數隨溫度變化，溫度越高，平衡常數越大，平衡正向進行，正反應方向是吸熱反應，△H＞0，故答案為：＞；
②化學平衡標志是正逆反應速率相同，各組分含量保持不變；
A．反應速率之比等于化學方程式計量數之比，為正反應速率之比，2υ（B）_正=3υ（C）_逆，說明反應達到化學平衡狀態(tài)，3υ（B）_正=2υ（C）_逆，比值錯誤，故A錯誤；
B．轉化率和起始量變化量有關，A和B的轉化率相等不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．反應是氣體體積減小的反應，容器內壓強保持不變說明反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．反應前后氣體質量減小，容器體積不變，平衡移動，密度變化，所以混合氣體的密度保持不變說明反應達到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：CD；
（4）①負極發(fā)生氧化反應，天然氣在負極放電生成碳酸根離子，電極反應式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
②參與反應的氧氣在標準狀況下體積為8960mL，物質的量為

8.96L

22.4L/mol

=0.4mol，根據電子轉移守恒可知，生成二氧化碳為

0.4mol×4

8

=0.2mol，n（NaOH）=0.1L×3.0mol?L^-1=0.3mol，n（NaOH）：n（CO₂）=0.3mol：0.2mol=3：2，介于1：1與2：1之間，故生成碳酸鉀、碳酸氫鉀，令碳酸鉀、碳酸氫鉀的物質的量分別為xmol、ymol，則x+y=0.2，2x+y=0.3，解得x=0.1，y=0.1，溶液中碳酸根水解，碳酸氫根的水解大于電離，溶液呈堿性，故c（OH^-）＞c（H⁺），碳酸根的水解程度大于碳酸氫根，故c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），鉀離子濃度最大，水解程度不大，碳酸根濃度原大于氫氧根離子，故c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故答案為：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．②c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點評：本題綜合性較大，涉及化學方程式書寫、化學平衡圖象、化學平衡的影響因素、化學平衡計算、原電池、化學計算、離子濃度比較等，難度中等，是對基礎知識與學生能力的綜合考查．