Question

18．（1）在某一恒温体积可变的密闭容器中发生如下反应：A（g）+B（g）?2C（g）△H＜0．t₁时刻达到平衡后，在t₂时刻改变某一条件，其反应过程如图1．下列说法正确的是ac（填序号字母）
a．0～t₁时，v_正＞v_逆，t₂时，v_逆＞v_正
b．混合气体的密度不再改变时，Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡
c．t₂时刻改变的条件可以是向密闭容器中加C
d．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，平衡常数Ⅰ＜Ⅱ

（2）工业上常用CO₂和NH₃通过如下反应合成尿素[CO（NH₂）₂]．
CO₂（g）+2NH₃（g）$\stackrel{一定条件}{?}$CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H＜0t℃时，向容积恒定为2L的密闭容器中加入0.10molCO₂和0.40molNH₃，70min开始达到平衡．反应中CO₂（ g）的物质的量随时间变化如表所示：

时间/min	0	20	70	80	100
n（CO2）/mol	0.10	0.060	0.020	0.020	0.020

①70min时，平均反应速率υ （CO₂ ）=5.7×10^-4mol/L•min．
②在100min时，保持其它条件不变，再向容器中充入0.050mo1CO₂和0.20molNH₃，重新建立平衡后CO₂的转化率与原平衡相比将增大（填“增大”、“不变”或“减小”）．
③上述可逆反应的平衡常数为277.8（保留一位小数）．
④图2所示装置（阴、阳极均为惰性电极）可用于电解尿素〔CO（NH₂）₂〕的碱性溶液制取氢气．该装置中阳极的电极反应式为CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，
（3）CH₄燃料电池，装置示意如图3（A、B为多孔性碳棒）．持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL．当 0＜V≤44.8L时，电池总反应方程式为CH₄+2O₂+KOH=KHCO₃+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）a、由图象分析可知，0～t₁，反应正向进行，v_正＞v_逆，t₁～t₂，反应到达平衡，v_正=v_逆，t₂时，反应逆向进行；
b、根据气体的密度等于气体质量和体系体积的比值来判断；
c、向密闭容器中加C，逆反应速率瞬间增大，再次建立的平衡与原平衡等效，说明和原平衡相同；
d、由图象分析可知，t₂时刻改变条件后达到平衡逆反应速率不变，说明和原平衡等效，则平衡常数不变．
（2）①根据反应速率v=$\frac{△c}{△t}$来计算化学反应速率；
②当向容器中再加入气体，相当于增大压强，会向着气体系数和减小的方向进行；
③根据三行式计算化学反应的平衡常数；
④电解尿素〔CO（NH₂）₂〕的碱性溶液，在阳极上发生失电子的氧化反应，据此书写电极反应式；
（3）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根据甲烷的量计算生成的二氧化碳的量，结合反应方程式判断反应产物及发生的反应，实验分离出的溶液是氯化铝溶液，惰性电极电解阳极氯离子放电生成氯气，阴极氢离子放电生成氢气，附近氢氧根离子和铝离子反应生成氢氧化铝沉淀，随氢氧根离子浓度增大，氢氧化铝可以溶解于碱中，由此分析解答．

解答 解：（1）a、0～t₁，反应正向进行，v_正＞v_逆，t₁～t₂，反应到达平衡，v_正=v_逆，t₂时，反应逆向进行，v_逆＞v_正，故a正确；
B、混合气体的密度等于气体质量和体系体积的比值，反应中质量守恒，前后气体系数和相等，所以当密度不再改变时，不一定平衡，故b错误；
C、向密闭容器中加C，逆反应速率瞬间增大，再次建立的平衡与原平衡等效，说明和原平衡相同，符合图象，故c正确；
D、t₂时刻改变条件后达到平衡逆反应速率不变，说明和原平衡等效，所以Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，平衡常数I=Ⅱ，故d错误；
故选：ac；
（2）①70min时，平均反应速率υ （CO₂ ）=$\frac{\frac{0.1mol-0.02mol}{2L}}{70min}$mol/（L•min）=0.00057mol/（L•min）=5.7×10^-4mol/（L•min）；故答案为：5.7×10^-4mol/（L•min）；
 ②在100min时，保持其它条件不变，再向容器中充入0.050mo1CO₂和0.20molNH₃，重新建立平衡后相当于增大压强，会向着气体系数和减小的方向进行，即向着正方向进行，所以CO₂的转化率与原平衡相比将增大，故答案为：增大；
③可逆反应在70min时达到了平衡，
         CO₂（g）+2NH₃（g）$\stackrel{一定条件}{?}$CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
初始浓度：0.05     0.2                            0
变化浓度：0.04     0.08                         0.04
平衡浓度：0.01      0.12                       0.04
所以K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{0.04}{0.01×0.1{2}^{2}}$≈277.8，故答案为：277.8；
④电解尿素〔CO（NH₂）₂〕的碱性溶液，在阳极上发生失电子的氧化反应，电极反应式为：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，故答案为：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；
（3）n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，可能先后发生反应①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；当0＜V≤44.8 L时，0＜n（CH₄）≤2mol，则0＜n（CO₂）≤2mol，发生反应①②③，电池总反应式为CH₄+2O₂+KOH=KHCO₃+2H₂O，实验分离出的溶液是碳酸氢钾溶液，惰性电极电解阳极氢氧根离子放电生成氧气，阴极氢离子放电生成氢气，故答案为：CH₄+2O₂+KOH=KHCO₃+2H₂O．

点评 本题考查了通过计算书写燃料电池的电极反应式、化学反应速率和平衡的有关计算等重要考点，涉及的知识点较多，综合性较强，难度较大．