Question

2．碳及其化合物应用广泛．
I．工业上利用CO和水蒸汽反应制氢气，存在以下平衡：
CO（g）+H₂O（g）$\stackrel{沸石分子筛}{?}$CO₂（g）+H₂（g）
（1）沸石分子筛中含有硅元素，请写出硅原子结构示意图（2）向1L恒容密闭容器中注人CO和H₂O（g），830℃时测得部分数据如表．

t/min	0	1	2	3	4	5
n（CO）/mol	0.200	0.160	0.125	0.099	0.080	0.080
n（H2O）/mol	0.300	0.260	0.225	0.199	0.180	0.180

则该温度下反应的平衡常数K=1
（3）相同条件下，向1L恒容密闭容器中，同时注人1m o l CO、1mol H₂O （g），2molCO₂和2mo1H₂，此时v（正 ）＜    v（逆）（填“＞”“=”或“＜”）
II．已知CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）= CO₂ （g）△H=-141kJ•mol^-1
2H₂ （g）+O₂（g）= 2H₂o （g）△H=-484kJ•mol^-1
CH₃OH（1）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂ （g）+2H₂O （g）△H=-726kJ•mol^-1'
（4）利用CO、H₂化合制得液态甲醇的热化学方程式为CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=+101kJ/mol
III．一种新型氢氧燃料电池工作原理如图所示
（5）写出电极A的电极反应式H₂-2e^-+CO₃^2-=CO₂+H₂O
（6）以上述电池电解饱和食盐水，若生成0.2mo1 Cl₂，则至少需通入O₂的体积为2.24L（标准状况）

Answer 1

分析 （1）硅原子时14号元素，原子中核电荷数为14，依据原子核外电子排布规律书写原子结构示意图；
（2）由图表数据可知，反应在4min达到平衡，列三段式，依据平衡常数概念计算化学平衡常数K；
（3）计算注人1m o l CO、1mol H₂O （g），2molCO₂和2mo1H₂的浓度商，和该温度的平衡常数比较分析判断反应进行的方向；
（4）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需让热学方程式；
（5）分析装置图是氢氧燃料电池，电解质为碳酸钾熔融盐，传导离子为碳酸根离子；依据原电池原理可知电极A为负极，氢气失电子在碱溶液中生成水，B为正极氧气得到电子生成氢氧根离子；
（6）依据原电池和电解池中电极反应和电子守恒得到物质的定量关系进行计算．

解答 解：（1）硅原子核电荷数为14，原子结构示意图为：，
故答案为：；
（2）由图表数据可知，反应在4min达到平衡，
   CO（g）+H₂O（g）$\stackrel{沸石分子筛}{?}$CO₂（g）+H₂（g）
c始：0.2     0.3                          0         0       
c转：0.12    0.12                        0.12     0.12
c平：0.08    0.18                         0.12     0.12
则化学平衡常数K=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1；
故答案为：1；
（3）温度不变，K不变，相同条件下，向1L恒容密闭容器中，同时注人1mol CO、1mol H₂O（g），2mol CO₂和2mol H₂，此时浓度商Qc=$\frac{2×2}{1×1}$＞K=1，反应逆向进行，此时v（正 ）＜v（逆）；
故答案为：＜；
（4）已知①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）△H=-141kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
③CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）△H_l=-726kJ•mol^-1'
依据盖斯定律①+②-③得到CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=+101 kJ/mol，
故答案为：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=+101 kJ/mol；
（5）装置图是氢氧燃料电池，电解质为碳酸钾熔融盐，传导离子为碳酸根离子；依据原电池原理可知电极A为负极，氢气失电子在碱溶液中生成水，A电极反应为：H₂-2e^-+CO₃^2-=CO₂+H₂O；B为正极氧气得到电子生成氢氧根离子O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案为：H₂-2e^-+CO₃^2-=CO₂+H₂O；
（6）电池电解饱和食盐水，阳极生成0.2mol Cl₂，电极反应2Cl^--2e^-=CL₂↑，原电池中B为正极氧气得到电子生成氢氧根离子O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，依据电子守恒得到氯气和氧气的定量关系：2CL₂～O₂ ，生成氧气0.1mol，则至少需通人O₂的体积标准状况下为2.24L，
故答案为：2.24．

点评 本题考查了化学平衡常数概念、原电池电极反应、电解池电子守恒的计算、原子结构的分析判断，化学平衡影响因素和计算的理解应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．