Question

试运用所学知识，解决下列问题：
（1）已知某反应的平衡表达式为K=

c(H2)?c(CO)

c(H2O)

，它所对应的化学方程式为：

 

．
（2）已知在400℃时，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0的K=0.5，则400℃时，在0.5L的反应容器中进行合成氨反应，一段时间后，测得N₂、H₂、NH₃的物质的量分别为2mol、1mol、2mol，则此时反应v（N₂）_正

 

v（N₂）_逆（填：＞、＜、=、不能确定）．欲使得该反应的化学反应速率加快，同时使平衡时NH₃的体积百分数增加，可采取的正确措施是

 

（填序号）．
A．缩小体积增大压强  B．升高温度  C．加催化剂  D．使氨气液化移走
（3）在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：A（g）+3B（g）?2C（g）+D（s）△H，其化学平衡常数K与温度t的关系如下表：

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

请完成下列问题：
①判断该反应的△H

 

0（填“＞”或“＜”）．
②在一定条件下，能判断该反应一定达化学平衡状态的是

 

（填序号）．
A．3v（B）_（正）=2v（C）_（逆） B．A和B的转化率相等
C．容器内压强保持不变        D．混合气体的密度保持不变
（4）以天然气（假设杂质不参与反应）为原料的燃料电池示意图如图所示．
①放电时，负极的电极反应式为

 

②假设装置中盛装100.0mL 3.0mol?L^-1 KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下体积为8960mL．放电完毕后，电解质溶液中各离子浓度的大小关系为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡状态的判断,化学电源新型电池,化学平衡常数的含义

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）化学平衡常数指在一定温度下，可逆反应达到平衡时，各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此书写方程式；
（2）计算浓度商和平衡常数减小比较判断反应进行的方向，若Q=K，反应达到平衡，Q＜K，反应正向进行，Q＞K反应逆向进行；使得该反应的化学反应速率加快，同时使平衡时NH₃的体积百分数增加，需要改变条件 满足化学反应速率增大，且平衡正向进行；
（3）①平衡常数随温度变化，平衡常数越大，平衡正向进行；
②化学平衡标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变；
（4）①负极发生氧化反应，天然气在负极放电生成碳酸根离子；
②计算氧气的物质的量，进而计算生成二氧化碳的物质的量，根据n（NaOH）与n（CO₂）比例关系判断反应产物，进而计算溶液中电解质物质的量，结合盐类水解与电离等判断．

解答： 解：（1）平衡表达式为：K=

C(H2)?C(CO)

C(H2O)

，生成物为CO、H₂，反应物含有H₂O，三者化学计量数分别为1、1、1，根据元素守恒，故另一反应物为固体C，反应中它所对应反应的化学方程式为C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），故答案为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（2）一段时间后，测得N₂、H₂、NH₃的物质的量分别为2mol、1mol、2mol，
则c（N₂）=4mol/L，c（H₂）=2mol/L，c（NH₃）=4mol/L，
则Q=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

=

42

4×23

=0.5，说明反应达到平衡状态，则有v（NH₃）_正=v（NH₃）_逆，
欲使得该反应的化学反应速率加快，同时使平衡时NH₃的体积百分数增加，
A．反应是气体体积减小的反应，缩小体积增大压强，反应速率增大，平衡逆向进行，故A正确；
B．反应是放热反应，升高温度，速率增大，平衡逆向进行，故B错误；
C．加催化剂改变反应速率，不改变平衡，故C错误；
D．使氨气液化移走，平衡正向进行，反应速率减小，故D错误；
故答案为：=；A；
（3）A（g）+3B（g）?2C（g）+D（s），反应是气体体积减小的反应
①平衡常数随温度变化，温度越高，平衡常数越大，平衡正向进行，正反应方向是吸热反应，△H＞0，故答案为：＞；
②化学平衡标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变；
A．反应速率之比等于化学方程式计量数之比，为正反应速率之比，2υ（B）_正=3υ（C）_逆，说明反应达到化学平衡状态，3υ（B）_正=2υ（C）_逆，比值错误，故A错误；
B．转化率和起始量变化量有关，A和B的转化率相等不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．反应是气体体积减小的反应，容器内压强保持不变说明反应达到平衡状态，故C正确；
D．反应前后气体质量减小，容器体积不变，平衡移动，密度变化，所以混合气体的密度保持不变说明反应达到平衡状态，故D正确；
故答案为：CD；
（4）①负极发生氧化反应，天然气在负极放电生成碳酸根离子，电极反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
②参与反应的氧气在标准状况下体积为8960mL，物质的量为

8.96L

22.4L/mol

=0.4mol，根据电子转移守恒可知，生成二氧化碳为

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与2：1之间，故生成碳酸钾、碳酸氢钾，令碳酸钾、碳酸氢钾的物质的量分别为xmol、ymol，则x+y=0.2，2x+y=0.3，解得x=0.1，y=0.1，溶液中碳酸根水解，碳酸氢根的水解大于电离，溶液呈碱性，故c（OH^-）＞c（H⁺），碳酸根的水解程度大于碳酸氢根，故c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），钾离子浓度最大，水解程度不大，碳酸根浓度原大于氢氧根离子，故c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故答案为：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．②c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评：本题综合性较大，涉及化学方程式书写、化学平衡图象、化学平衡的影响因素、化学平衡计算、原电池、化学计算、离子浓度比较等，难度中等，是对基础知识与学生能力的综合考查．