Question

工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气：
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应，相关数据如下：

容器编号	起始时各物质物质量/mol				达到平衡时间/min	达平衡时体系能量的变化/kJ	达平衡时H2O转化率
	CO	H2O	CO2	H2
①	1	4	0	0	t1	放出热量：32.8kJ	a1
②	2	8	0	0	t2	放出热量：Q	a2

某小组研究在相同温度下该反应过程中的能量变化．他们分别在体积均为0.5L的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应，相关数据如下：
（1）通过监测，①装置中反应放出20.5kJ热量用时2min，求此段时间内的反应速率

.

v

（H₂0）=

 

．该反应过程中，反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量

 

（填“大于”、“小于”或“等于”）生成物分子化学键形成时所释放的总能量．
（2）计算容器②中反应的平衡常数K=

 

．
（3）下列叙述正确的是

 

（填字母序号）．
a．平衡时，两容器中H₂的体积分数相等
b．容器②中反应达平衡状态时，Q＞65.6kJ
c．反应开始时，两容器中反应的化学反应速率相等
d．t₁＞t₂；α₁=α₂
（4）容器①中反应进行到t min时，测得混合气体中CO₂的物质的量为0.4mol．若用120mL 5mol/L的NaOH溶液将其完全吸收．试通过计算确定所得溶液中溶质成分及物质的量

 

；所得溶液中离子浓度的大小关系为

 

．

Answer 1

考点：反应速率的定量表示方法,化学方程式的有关计算,反应热和焓变,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据v=

△c

t

进行计算；
该反应是放热反应，依据反应前后能量守恒分析判断；
（2）反应②和反应①在相同温度下进行，平衡常数不变，依据化学平衡三段式计算平衡浓度，结合平衡常数概念进行计算；
（3）a．反应前后气体体积不变，反应①②是等效平衡；
b．反应①②是等效平衡，故容器②中反应达平衡状态时，Q=32.8×2=65.6kJ；
c．反应起始浓度不同，反应速率不同；
d．②中浓度大，故反应速率v₂＞v₁，故反应时间t₁＞t₂；反应①②是等效平衡，故α₁=α₂；
（4）依据二氧化碳和氢氧化钠反应的定量关系分析判断产物；根据产物判断离子浓度的大小关系．

解答： 解：（1）反应的水的物质的量为

20.5kJ

41kJ

=0.5mol，

.

v

（H₂0）=

0.5mol 0.5L

2min

=0.5mol/（L?min）；
该反应是放热反应，反应物能量高于生成物能量，反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量小于生成物中化学键形成所放出的热量；
故答案为：0.5mol/（L?min）；小于；
（2）反应②和反应①在相同温度下进行，平衡常数不变，
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol
起始量（mol） 1        4         0       0          41KJ
变化量（mol） 0.8     0.8        0.8     0.8         32.8KJ
平衡量（mol） 0.2     3.2        0.8     0.8
K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.8 2 × 0.8 2

0.2 2 × 3.2 2

=1；
故答案为：1；
（4）a．反应前后气体体积不变，反应①②是等效平衡，故平衡时，两容器中H₂的体积分数相等，故a正确；
b．反应①②是等效平衡，故容器②中反应达平衡状态时，Q=32.8×2=65.6kJ；故b错误；
c．反应起始浓度不同，反应速率不同，故c错误；
d．②中浓度大，故反应速率v₂＞v₁，故反应时间t₁＞t₂；反应①②是等效平衡，故α₁=α₂；故d正确；
故答案为：ad；
（4）120mL 5mol/L的NaOH溶液，n（NaOH）=0.12L×5mol/L=0.6mol，完全吸收CO₂的物质的量为0.4mol，设生成碳酸钠xmol，碳酸氢钠ymol，则

x+y=0.4 2x+y=0.6

，解得

x=0.2 y=0.2

；碳酸根离子的水解能力大于碳酸氢钠，且溶液显碱性，故所得溶液中离子浓度的大小关系为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案为：Na₂CO₃ 0.2mol，NaHCO₃ 0.2mol； c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评：本题考查反应能量变化，化学平衡的影响因素、等效平衡、平衡常数的计算、物质的量的相关计算、及离子浓度大小关系的判断，综合性较强，难度较大．