Question

（14分）工業上利用CO和水蒸氣在一定條件下發生反應制取氫氣：
①CO(g)＋H₂O(g)  CO₂(g)＋H₂(g)         △H＝－41 kJ/mol
某小組研究在相同溫度下該反應過程中的能量變化。他們分別在體積均為V L的兩個恒溫恒容密閉容器中加入一定量的反應物，使其在相同溫度下發生反應。相關數據如下：

容器編號	起始時各物質物質的量/mol				達到平衡的時間/min	達平衡時體系能量的變化/kJ
	CO	H2O	CO2	H2
①	1	4	0	0	t1		放出熱量：32.8 kJ
②	2	8	0	0	t2		放出熱量：Q

（1）該反應過程中，反應物分子化學鍵斷裂時所吸收的總能量        （填“大于”、“小于”或“等于”）生成物分子化學鍵形成時所釋放的總能量。
（2）容器①中反應達平衡時，CO的轉化率為                 %。
（3）計算容器②中反應的平衡常數K=                   。
（4）下列敘述正確的是              （填字母序號）。
A．平衡時，兩容器中H₂的體積分數相等
B．容器②中反應達平衡狀態時，Q > 65.6 kJ
C．反應開始時，兩容器中反應的化學反應速率相等
D．容器①中，化學反應速率為：
（5）已知：②2H₂ (g) + O₂ (g) = 2H₂O (g)  ΔH＝－484 kJ/mol，寫出CO完全燃燒生成CO₂的熱化學方程式：                              。
（6）容器①中反應進行到t min時，測得混合氣體中CO₂的物質的量為0.6 mol。若用200 mL 5 mol/L的NaOH溶液將其完全吸收，反應的離子方程式為（用一個離子方程式表示）                 。
（7）研究發現，可以用石墨作陽極、鈦網作陰極、熔融CaF₂-CaO作電解質，利用圖中所示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦。

①寫出陽極所發生反應的電極反應式：       。
②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是（請結合反應式解釋）         。

Answer 1

（1）小于；（2）80%。；（3）1   （4）A；（5）2CO(g) + O₂(g) ="==" 2CO₂(g)   △H =" -566" kJ/mol
（6）3CO₂ + 5OH^- ="==" 2CO₃^2- + HCO₃^- + 2H₂O
（7）① 2O^2- - 4e^- ="=" O₂↑或 C + 2O^2- - 4e^- ="=" CO₂↑
②制備TiO₂時，在電解槽發生如下反應：2CaO 2Ca + O₂↑，  2Ca + TiO₂Ti + 2CaO，
由此可見，CaO的量不變。
或： 制備TiO₂時，在電解槽發生如下反應：陰極：2Ca²⁺ + 4e^- ="=" 2Ca ；陽極：2O^2- - 4e^- ="=" O₂↑
2Ca + TiO₂Ti + 2CaO，，由此可見，CaO的量不變。

解析試題分析：（1）該反應過程中，反應物分子化學鍵斷裂時所吸收的總能量小于生成物分子化學鍵形成時所釋放的總能量，所以發生化學反應時放出熱量。（2）容器①中反應達平衡時，32.8 kJ ÷41 kJ =0.8，所以CO的轉化率為80%；（3）由于容器①、容器②中的溫度不變，所以反應的平衡常數相同。K=；（4）A. 由于該容器內的反應是反應前后氣體體積相等的反應，兩個容器內反應物的物質的量的比相等，所以達到平衡時，兩容器中為等效平衡，故H₂的體積分數相等，正確；B．由于容器容器①、②是等效平衡，所以物質的量是①的2倍，放出的熱量也是①的2倍，所以②中反應達平衡狀態時，Q ="32.8" kJ×2=" 65.6" kJ；錯誤；C．反應開始時，由于②的物質的量是①的2倍，濃度越大，反應速率就越快，錯誤；D．化學反應速率是單位時間內物質的量濃度的改變數值，該反應是可逆反應，反應物不可能完全反應，故該選項錯誤。①×2+②整理可得：2CO(g) + O₂(g) ="==" 2CO₂(g)  △H =" -566" kJ/mol；（6）n(CO₂)="0.6" mol ;n(NaOH)=" 0.200L" ×5 mol/L=1mol,則n(CO₂)：n(NaOH)=3：5，所以化學方程式是：3CO₂ + 5OH^- ="==" 2CO₃^2- + HCO₃^- + 2H₂O；（7）①在陽極O^2-失去電子，發生氧化反應，所發生反應的電極反應式是：2O^2- - 4e^- ="=" O₂↑或寫為C + 2O^2- - 4e^- ="=" CO₂↑；②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是制備TiO₂時，在電解槽發生如下反應：陰極：2Ca²⁺ + 4e^- ="=" 2Ca ；陽極：2O^2- - 4e^- ="=" O₂↑；2Ca + TiO₂Ti + 2CaO，，由此可見，CaO的量不變。
考點：考查化學鍵的鍵能與反應熱的關系、物質的平衡轉化率、平衡狀態的判斷、離子方程式的書寫、電解原理的應用的知識。