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1、1 第 28 题化学反应原理综合题 题组一化学反应中的能量变化与化学平衡的综合 1.(15 分)碳热还原法广泛用于合金及材料的制备。回下列问题: (1)一种制备氮氧化铝的反应原理为23Al2O3+15C+5N22Al23O27N5+15CO, 产物 Al23O27N5中氮的化 合价为,该反应中每生成1 mol Al23O27N5,转移的电子数为。 (2)真空碳热冶铝法包含很多反应,其中的三个反应如下: Al2O3(s)+3C(s)Al2OC(s)+2CO(g) H1 2Al2OC(s)+3C(s)Al4C3(s)+2CO(g) H2 2Al2O3(s)+9C(s)Al4C3(s)+6CO(g)
2、 H3 H3= (用 H1、 H2表示 )。 Al4C3可与足量盐酸反应制备一种最简单的烃。该反应的化学方程式为。 (3)下列是碳热还原法制锰合金的三个反应,CO 与 CO2平衡分压比的自然对数值(lnK=2.303lgK)与温度的关 系如图所示 (已知 Kp是用平衡分压代替浓度计算所得的平衡常数,分压 = 总压气体的物质的量分数)。 .Mn3C(s)+4CO2(g)3MnO(s)+5CO(g) Kp() .Mn(s)+CO2(g)MnO(s)+CO(g) Kp() .Mn3C(s)+CO2(g)3Mn(s)+2CO(g) Kp() H0的反应是(填“”“”或“”)。 2 1 200 K时 ,
3、在一体积为2 L 的恒容密闭容器中有17.7 g Mn3C(s) 和 0.4 mol CO2,只发生反应,5 min后 达到平衡 ,此时 CO 的浓度为0.125 mol/L,则 05 min内 v(CO2)= 。 在一体积可变的密闭容器中加入一定量的Mn(s) 并充入一定量的CO2(g),只发生反应,下列能说明反应 达到平衡的是(填字母 )。 A.容器的体积不再改变 B.固体的质量不再改变 C.气体的总质量不再改变 2.(15 分)纳米级 Cu2O 由于具有优良的催化性能而受到关注,下表为制取Cu2O 的两种方法 : 方法 a 用炭粉在高温条件下还原CuO 方法 b 电解法 ,反应为 2Cu
4、+H2OCu2O+H2 (1)已知 : 2Cu(s)+O2(g)Cu2O(s) H1=-169 kJmol -1 C(s)+ O2(g)CO(g) H2=-110.5 kJmol -1 Cu(s)+O2(g)CuO(s) H3=-157 kJ mol -1 则方法 a 中反应的热化学方程式是 。 (2)方法 b 是用肼燃料电池为电源,通过离子交换膜电解法控制电解液中OH -的浓度来制备纳米 Cu2O,装置如 图所示 : 上述装置中B 电极应连电极 (填“ C”或“ D” )。 3 该离子交换膜为离子交换膜 (填“阴”或“阳”),该电解池的阳极反应式为。 原电池中负极反应式为。 (3)在相同体积
5、的恒容密闭容器中,用以上方法制得的两种Cu2O 分别进行催化分解水的实验:2H2O(g) 2H2(g)+O2(g) H0 。水蒸气的浓度随时间t 的变化如下表所示: 序号 温度 / c/mol L-1t/m in 0 10 20 30 40 50 T10.050 0.049 2 0.048 6 0.048 2 0.048 0 0.048 0 T10.050 0.048 8 0.048 4 0.048 0 0.048 0 0.048 0 T20.10 0.096 0.093 0.090 0.090 0.090 催化剂的催化效率:实验实验 (填“ ”或“ 0; 05 min内 v(CO2)=v(C
6、O)=0.02 molL-1 min -1 ;反应 .Mn(s)+CO2(g) MnO(s)+CO(g)为气体体积不变的放热反应,根据“变量不变达平衡”进行判断。 反应为气体体积不变的反应, 反应过程容器的体积不是变量,不能作为平衡状态的判断依据,选项 A 不符合题意 ;反应是一个固体质量增大的 反应 ,固体的质量为变量,当固体的质量不再改变说明达到平衡状态,选项 B 符合题意 ;反应是一个气体质量减小 的反应 ,气体的总质量为变量,当气体的总质量不再改变说明达到平衡状态,选项 C 符合题意。 2.答案(1)2CuO(s)+C(s)Cu2O(s)+CO(g) H=+34.5 kJ mol -1
7、 (2 分) (2) D(2 分) 阴 (2 分) 2Cu-2e - +2OH - Cu2O+H2O(3 分) N2H4-4e -+4OH- N2 +4H2O(2 分) (3) 0, S0, 因此该反应能自发进行的条件为高温。(2)根据 图 1 可知 ,CO2的转化率先增大是因为反应正向进行,到一定温度时达到平衡,升高温度 CO2的转化率减小 ,说明 正反应为放热反应, H5小于零 ,故 A 正确 ;由图 2 可知 ,随温度升高甲烷的选择性降低,CO 的选择性增加 ,因此温 度可影响产物的选择性,故 B 正确 ;CO2转化率先增大是因为反应正向进行未达到平衡状态,达到平衡状态后,随 温度升高
8、CO2的转化率减小 ,温度低于 340 时反应未达到平衡,不是平衡转化率,故 C 错误 ;CO2和 H2混合气 体(体积比 14,总物质的量x mol) 进行反应 ,其他条件不变 ,将 CO2和 H2的初始体积比改变为13,相当于减 11 小氢气的量 ,CO2平衡转化率减小,故 D 错误。 350 时 ,反应在t1时刻达到平衡,平衡时容器体积为y L, 二氧化碳的转化率为80%, 根据三段式法有: CO2(g)+4H2(g)CH4(g) + 2H2O(g) 起始量 (mol) 0.2x 0.8x 0 0 转化量 (mol) 0.16x 0.64x 0.16x 0.32x 平衡量 (mol) 0
9、.04x 0.16x 0.16x 0.32x 平衡常数K=。(3)已知 NH3 H2O 的电离平衡常数Kb=1.75 10 -5 ,H2CO3的电离平衡常数 K1=4.4 10 -7 ,K2=4.7 10 -11 ,KbK2,所以碳酸氢根离子的水解程度大于铵根离子的水解程度,NH4HCO3溶液 显碱性 ;反应 N+HC - +H2ONH3 H2O+H2CO3的平衡常数 K= - = - =1.3 10 -3。(4)由图可知 ,电解时二氧化碳在 b 极上得电子发生还 原反应生成乙烯,电极反应式为2CO2+12H + +12e - C2H4+4H2O, 因离子交换膜只允许氢离子通过,所以 是阳离子交换膜。