Question

11．碳和氮是动植物体中的重要组成元素，向大气中过度排放二氧化碳会造成温室效应，氮氧化物会产生光化学烟雾，目前，这些有毒有害气体的处理成为科学研究的重要内容．
（1）已知2.00g的C₂H₂完全燃烧生成液态水和二氧化碳气体放出99.6kJ热量，写出表示C₂H₂燃烧热的热化学方程式C₂H₂（g）+$\frac{5}{2}$O₂（g）=2CO₂（g）+H₂O（l）△H=-1294.8 kJ/mol．
（2）利用上述反应设计燃料电池（电解质溶液为氢氧化钾溶液），写出电池负极的电极反应式C₂H₂-10e^-+14OH^-=2CO₃^2-+8H₂O．
（3）用活性炭还原法处理氮氧化物，有关反应为：C（s）+2NO（g）N₂（g）+CO₂（g）．某研究小组向一个容器容积为3L且容积不变的密闭真空容器（固体试样体积忽略不计）中加入NO和足量的活性炭，在恒温（T₁℃）条件下反应，测得不同时间（t）时各物质的物质的量（n）如表：

	NO	N2	CO2
0	2.00	0	0
10	1.16	0.42	0.42
20	0.80	0.60	0.60
30	0.80	0.60	0.60

①10min～20min以v（NO）表示的反应速率为0.012mol/（L•min）．
②下列各项能判断该反应达到平衡状态的是ACE（填序号字母）．
A．v（NO）_（正）=2v（N₂）_（逆）               B．容器内CO₂和N₂的体积比为1：1
C．混合气体的平均相对分子质量保持不变   D．容器内压强保持不变
E．混合气体的密度保持不变
③一定温度下，随着NO的起始浓度增大，则NO的平衡转化率不变  （填“增大”、“不变”或“减小”）．
（4）在3L容积可变的密闭容器中发生上述反应：H₂（g）+CO₂（g）H₂O（g）+CO（g），恒温下c（CO）随反应时间t变化的曲线Ⅰ如图1所示．
①若在t₀时改变一个条件，使曲线Ⅰ变成曲线Ⅱ，则改变的条件是加入催化剂；
②若在t₀时刻将容器体积快速压缩至2L（其他条件不变），请在图1中画出c（CO）随反应时间t变化的曲线．
（5）已知：CO（g）+H₂O（g）H₂（g）+CO₂（g）？H=-41.2kJ/mol，850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中，通入一定量的CO和H₂O，CO和H₂O浓度变化如图2所示：下列说法正确的是B（填序号）
A．达到平衡时，氢气的物质的量是0.12mol
B．达到平衡时，反应体系最终会放出49.44kJ热量
C．第6min时，若升高温度，反应正向移动
D．第8min时，若充入氦气，会导致v_正（CO）＜v_逆（H₂O）
（6）图3表示在温度分别为T₁、T₂时，平衡体系中CO的体积分数随压强变化曲线，A、C两点的反应速率A＜C（填“＞”、“=”或“＜”，下同），由状态B到状态A，可采用升温的方法（填“升温”或“降温”）．

Answer 1

分析 1）燃烧热为1mol物质完全燃烧生成温度氧化物的热效应，故可计算1molC₂H₂完全燃烧生成液态水和二氧化碳气体放出的热量，写出热化学方程式；
（2）原电池负极发生氧化反应，电解质溶液为氢氧化钾溶液，C₂H₂放电生成2CO₃^2-，利用C元素化合价变化判断失去电子数，根据电荷守恒和质量守恒写出电极反应式；
（3）①计算10min～20min内，NO浓度的变化，得到v（NO）；
②利用化学平衡状态的特征判断，正逆反应速率相同，个组分含量保持不变；
③NO的起始浓度增大，体系压强增大，由于反应前后气体体积不变，化学平衡状态不变；
（4）①若在t₀时改变一个条件，使曲线Ⅰ变成曲线Ⅱ，改变条件瞬间CO浓度不变，平衡时CO的浓度不变，改变条件不影响平衡移动，同时缩短到达平衡的时间，升高温度影响平衡移动，反应为气体体积不变的反应，增大压强平衡不移动，但CO的浓度会增大，应是使用催化剂；
②若在t₀时刻将容器体积快速压缩至2L（其他条件不变），瞬间CO的浓度变为$\frac{2mol/L×3L}{2L}$=3mol/L，增大压强最终平衡不移动，反应物转化率不变，故平衡时CO的浓度为$\frac{3mol/L×3L}{2L}$=4.5mol/L，反应速率加快，缩短到达平衡时间；
（5）A．由图可知，平衡时△c（CO）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，利用浓度变化量之比等于化学计量数之比计算△c（H₂），再根据n=cV计算n（H₂）；
B．850℃时该反应的反应热△H≠-41.2kJ/mol；
C．该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动；
D．恒容密闭容器中，若充入氦气，体积不变，各物质的浓度不变，速率不变；
（6）A、C两点温度一样，压强C点大于A点，故反应速率A＜C；A、C两点的温度一样，故化学平衡常数不变；状态B到状态A，H₂的体积分数增大，使平衡向逆向移动．

解答 解：（1）2.00g的C₂H₂的物质的量为$\frac{2g}{26g/mol}$=0.077mol，释放热量99.6kJ，则C₂H₂的燃烧热为$\frac{99.6KJ}{0.077mol}$
=1294.8 kJ/mol，可写出热化学方程式：C₂H₂（g）+$\frac{5}{2}$O₂（g）=2CO₂（g）+H₂O（l）△H=-1294.8 kJ/mol，
故答案为：C₂H₂（g）+$\frac{5}{2}$O₂（g）=2CO₂（g）+H₂O（l）△H=-1294.8 kJ/mol；
（2）原电池负极发生氧化反应，电解质溶液为氢氧化钾溶液，C₂H₂放电生成2CO₃^2-，C元素化合价升高了5，即1molC₂H₂失去10mole^-，电极反应式为：C₂H₂-10e^-+14OH^-=2CO₃^2-+8H₂O，故答案为：C₂H₂-10e^-+14OH^-=2CO₃^2-+8H₂O；
（3）①10min～20min内，NO浓度的变化为$\frac{1.16mol-0.8mol}{3L}$=0.12mol/L，v（NO）=$\frac{0.12mol/L}{20min-10min}$=0.012mol/（L•min），
故答案为：0.012mol/（L•min）；
②A．v（NO）_（正）=2v（N₂）_（逆），速率之比等于计量数之比可知，v（N₂）_（正）=2v（NO）_（正），即v（N₂）_（正）=v（N₂）_（逆），反应达到平衡状态，故A正确；
B．容器内CO₂和N₂的体积比为1：1，不能说明正逆反应速率相同，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．反应前后气体质量变化，气体物质的量不变，当混合气体的平均相对分子质量保持不变，反应达到化学平衡状态，故C正确；
D．反应前后气体体积不变，是否达到平衡状态，压强都不发生变化，故D错误；
E．ρ=$\frac{m}{n}$，气体物质的量不变，由于C为固体，则气体总质量m，随着反应进行会发生变化，即密度也会发生变化，当密度不变时，达到化学平衡状态，故E正确；
故选ACE，
故答案为：ACE；
③NO的起始浓度增大，体系压强增大，由于反应前后气体体积不变，化学平衡状态不变，则NO的转化率也不变，故答案为：不变；
（4）①若在t₀时改变一个条件，使曲线Ⅰ变成曲线Ⅱ，改变条件瞬间CO浓度不变，平衡时CO的浓度不变，改变条件不影响平衡移动，同时缩短到达平衡的时间，升高温度影响平衡移动，反应为气体体积不变的反应，增大压强平衡不移动，但CO的浓度会增大，应是使用催化剂，
故答案为：加入催化剂；
②若在t₀时刻将容器体积快速压缩至2L（其他条件不变），瞬间CO的浓度变为$\frac{2mol/L×3L}{2L}$=3mol/L，增大压强最终平衡不移动，反应物转化率不变，故平衡时CO的浓度为$\frac{3mol/L×3L}{2L}$=4.5mol/L，反应速率加快，缩短到达平衡时间，c（CO）随反应时间t变化的曲线为：，
故答案为：．

（5）A．由图可知，平衡时△c（CO）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，浓度变化量之比等于化学计量数之比，故△c（H₂）=△c（CO）=0.12mol/L，故n（H₂）=0.12mol/L×10L=1.2mol，故A错误；
B．生成1.2mol氢气，通常条件下放出的热量为41.2kJ×$\frac{1.2mol}{1mol}$=49.44kJ，850℃时该反应的反应热△H≠-41.2kJ/mol，故B正确；
C．该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，平衡常数减小，故C错误；
D．恒容密闭容器中，若充入氦气，体积不变，各物质的浓度不变，速率不变，故D错误；
故答案为：B；
（6）根据图3，A、C两点温度相同，C点的压强大于A点，故反应速率：A＜C，B点氢气的含量小于A点的，反应放热，若要提高氢气的含量，必须升高温度；，
故答案为：＜； 升温；

点评 本题较为综合，考查了热化学方程式的书写、化学平衡常数、化学平衡状态的判断已经化学平衡移动，难度中等，其中（4）为图象题，具有一定难度．