Question

 “温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO₂是目前大气中含量最高的一种温室气体。因此，控制和治理CO₂是解决温室效应的有效途径。

（1）将不同量的CO(g)和H₂O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

 

① 实验1条件下平衡常数K=      （保留小数点后二位数字）。

② 实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a/b 的值     （填具体值或取值范围）。

③ 实验4，若900℃时，在此容器中加入10molCO、5molH₂O、2molCO₂、5molH₂，则此时v(正)      v(逆)（填“<”、“>”、“=”）。

（2）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其K_sp=2.8×10^—9。CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^—4mo1/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为    。

（3）已知BaSO₄(s) + 4C(s) =4CO(g) + BaS(s)   △H₁ =+571.2kJ/mol，

BaSO₄(s) + 2C(s) = 2CO₂(g) + BaS(s)   △H₂=+226.2 kJ/mol。

则反应C(s) + CO₂(g) = 2CO(g)的△H₃=       kJ/mol。

（4）寻找新能源是解决温室效应的一条重要思路。磷酸亚铁锂LiFePO₄是一种新型汽车锂离子电池，总反应为：FePO₄+Li        LiFePO₄，电池中的固体电解质可传导Li⁺，则该电池放电时的正极和负极反应式分别为：                 和                  。若用该电池电解蒸馏水（电解池电极均为惰性电极），当电解池两极共有3360mL气体（标准状况）产生时，该电池消耗锂的质量为        。(Li的相对原子质量约为7.0)

 

Answer 1

【答案】

（16分）

（1）①2.67（2分）   ②<1 （2分）     ③< （2分）

（2）5.6×10^—5mo1/L （2分）

（3）+172.5 （2分）

（4）FePO₄+Li⁺+e^—=LiFePO₄（2分）    Li－e^—=Li⁺ （2分）   1.4 g（2分）

【解析】

试题分析：（1）①表中实验1有关组分的起始物质的量、平衡物质的量已知，容器体积为2L，由于c=n/V，则

                       CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)

起始浓度（mol/L）       2      1           0     0

变化浓度（mol/L）       0.8     0.8        0.8    0.8

平衡浓度（mol/L）       1.2     0.2        0.8    0.8

K===2.67

②实验3中CO、H₂O的起始浓度分别为a/2mol/L、b/2mol/L，设CO的变化浓度为xmol/L，由于CO、H₂O的变化浓度之比等于化学方程式的系数之比，则H₂O的变化浓度为xmol/L，则CO、H₂O的平衡转化率分别为2x/a、2x/b，若CO的平衡转化率大于水蒸气，则2x/a>2x/b，所以a/b<1；

③先根据实验2中有关数据求900时的平衡常数，再根据温度不变平衡常数不变，利用此时各组分的物质的量计算各自浓度，根据浓度商与平衡常数的大小判断此时反应进行的方向（若浓度商大于平衡常数，则反应向逆反应方向进行，反之，则向正反应方向进行），最后反应向哪个方向进行，则哪个方向的速率就大于相反方向的速率。

表中实验2有关组分的起始物质的量、平衡物质的量已知，容器体积为2L，由于c=n/V，则

                       CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)

起始浓度（mol/L）       1     0.5          0      0

变化浓度（mol/L）      0.2    0.2          0.2    0.2

平衡浓度（mol/L）      0.8    0.3          0.2    0.2

K===0.167

实验4时CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度分别为5mol/L、2.5mol/L、1mol/L、2.5mol/L，则Q===0.2>K=0.167，说明此时反应应该向逆反应方向进行，所以v(逆)>v(正)，即v(正)<v(逆)；

（2）设混合前CaCl₂溶液的最小浓度为xmol/L，Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^—4mo1/L，则等体积混合后CaCl₂、Na₂CO₃的浓度分别为x/2mol/L、1×10^—4mo1/L，则K_sp=2.8×10^—9= x/2×1×10^—4，x=5.6×10^—5；

（3）先将3个热化学方程式依次编号为①②③，接着观察它们的关系，发现①/2—②/2=③，则C(s) + CO₂(g) = 2CO(g)的△H₃=△H₁ /2—△H₂/2=+172.5 kJ/mol；

（4）放电时电池总反应式为FePO₄+Li=LiFePO₄，其中锂元素由0升为+1价，铁元素由+3降为+2价，前者在负极上发生氧化反应，后者在正极上发生还原反应，根据电子、电荷、原子守恒原理及电解质中定向移动的离子环境，正极反应式为FePO₄+Li⁺+e^—=LiFePO₄，负极反应式为Li－e^—=Li⁺；用惰性电极电解水的原理为2H₂O2H₂↑+O₂↑～4e^—，则n(H₂)=2n(O₂)，由于n=V/V_m，则n(H₂)+n(O₂)=3 n(O₂)=3.36L÷22.4L/mol=0.15mol，则n(O₂)=0.05mol，则转移电子的物质的量=4 n(O₂)=0.2mol，由于新型电池中转移电子和电解水时转移电子相等，FePO₄+Li=LiFePO₄～e^—中参加反应的锂与转移电子的系数之比等于物质的量之比，则参加反应的锂为为0.2mol，由于锂的相对原子质量约为7.0，m=n×M，则参加反应的锂为1.4g。

考点：考查化学反应原理，涉及求化学平衡常数、比较反应物的平衡转化率、浓度商与平衡常数大小关系、反应进行方向与正、逆反应速率大小的关系、稀释定律、溶度积计算、盖斯定律、原电池和电解原理、电极反应式、物质的量、气体摩尔体积、摩尔质量、物质的量在化学或离子方程式计算中的应用等。