Question

【題目】碳、氮廣泛的分布在自然界中，碳、氮的化合物性能優良，在工業生產和科技領域有重要用途。

（1）氮化硅(Si3N4)是一種新型陶瓷材料，它可由SiO2與過量焦炭在1300～1700oC的氮氣流中反應制得：3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g) Si3N4(s)+6CO(g)。⊿H ＝-1591．2 kJ/mol，則該反應每轉移1mole—，可放出的熱量為 。

（2）某研究小組現將三組CO(g)與H2O(g)的混合氣體分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，一定條件下發生反應：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)，得到如下數據：

① 實驗1中，前5min的反應速率v(CO2)＝ 。

②下列能判斷實驗2已經達到平衡狀態的是 。

a．容器內CO、H2O、CO2、H2的濃度不再變化 b．容器內壓強不再變化

c．混合氣體的密度保持不變 d．v正(CO) ＝v逆（CO2）

e．容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化

③若實驗2的容器是絕熱的密閉容器，實驗測得H2O(g)的轉化率H2O%隨時間變化的示意圖如下圖所示， b點v正 v逆（填“＜”、“＝”或“＞”），t3～t4時刻，H2O(g)的轉化率H2O%降低的原因是 。

（3）利用CO與H2可直接合成甲醇，下圖是由“甲醇-空氣”形成的綠色燃料電池的工作原理示意圖，寫出以石墨為電極的電池工作時負極的電極反應式 ，利用該電池電解1L 0.5mol/L的CuSO4溶液，當消耗560mLO2（標準狀況下）時，電解后溶液的pH＝ （溶液電解前后體積的變化忽略不計）。

Answer 1

【答案】（1）132.6kJ（2）① 0.15mol·L-1·min-1 ②ad ③＞、該反應達到平衡后，因反應為放熱反應且反應容器為絕熱容器，故容器內溫度升高，反應逆向進行

（3）CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+、1

【解析】

試題分析：（1）反應中氮元素的化合價從0價降低到－3價，得到電子，所以氮氣是氧化劑，2mol氮氣得到12mol電子，放出1591.2kJ的熱量，則該反應每轉移1mole—，可放出的熱量為1591.2 kJ÷12=132.6kJ。

（2）①根據表格提供的信息和化學方程式可知v（CO2）=v（H2），則v（CO2 ）=v（H2）=1.5mol÷(2L×5min)= =0.15mol/（Lmin）；

②a．容器內CO、H2O、CO2、H2的濃度不再變化是反應達到平衡狀態的標志，a正確；b.由于反應前后氣體的體積不變，則無論是否達到平衡狀態容器內壓強始終不改變，壓強不變不能作為判斷達到平衡的依據，b錯誤；c．在恒容密閉容器中，混合氣體的密度始終保持不變，不能作為判斷達到平衡狀態的依據，c錯誤；d．v正(CO) ＝v逆（CO2），說明正、逆反應速率相等，反應達到平衡狀態，d正確；e.根據M=m÷n，該反應是左右氣體系數和相等的可逆反應，密閉容器中質量不變，則氣體的平均相對分子質量始終不隨時間而變化，不能作為達到平衡狀態的依據，e錯誤；答案選ad。

③根據圖象可知，b點過后水的轉化率增大，說明平衡正向移動，即b點v正 > v逆；因為該反應達到平衡后，因反應為放熱反應且反應容器為絕熱容器，故容器內溫度升高，反應逆向進行，t3～t4時刻，H2O(g)的轉化率H2O%降低。

（3）根據題圖可知，甲醇在負極上發生氧化生成CO2，電極反應式為CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+；標準狀況下560mLO2的物質的量為0.56L÷22.4/mol=0.025mol，氧氣在正極得到的電子的物質的量為0.025mol×4=0.1mol，則整個電路中轉移0.1mol電子，根據陽極反應式：2H2O-4e－=O2↑+4H＋，電解后溶液的c(H＋)=0.1mol÷1L=0.1mol/L，pH=1。