Question

15．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1300～1700°C的氮氣流中反應制得：3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）△H=-1591.2kJ/mol，則該反應每轉移1mole^-，可放出的熱量為132.6kJ．
（2）高溫時，用CO還原MgSO₄可制備高純MgO．
①750℃時，測得氣體中含等物質的量的SO₂和SO₃，此時反應的化學方程式是CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃．
②由MgO制成的Mg可構成“鎂-次氯酸鹽”電池，其裝置示意圖如圖1，該電池的正極反應式為ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-．
（3）某研究小組將三組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：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達平衡所需時間/min
		CO	H2O	CO	H2
1	650	2	4	0.5	1.5	5
2	900	1	2	0.5	0.5	-

①實驗Ⅰ中，前5min的反應速率v（CO₂）=0.15mol/（L．min）．
②下列能判斷實驗Ⅱ已經達到平衡狀態的是（填寫選項序號）ad．
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Ⅲ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圖2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．

Answer 1

分析 （1）根據方程式3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）△H=-1591.2kJ/mol，可知每轉移12mol電子，放出1591.2kJ熱量，據此計算；
（2）①根據題目信息寫出生成物，根據質量守恒配平；
②由圖可知鎂-次氯酸鹽”燃料電池中Mg與ClO^-、H₂O反應生成Cl^-與Mg（OH）₂，正極上是次氯酸根離子得到電子生成氯離子；
（3）①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂），再根據速率之比等于化學計量數之比計算v（CO₂）；
②a．容器內CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度不再變化，則說明反應處于平衡狀態；
b．恒溫、恒容條件下，氣體的總物質的量始終不變，壓強始終不變；
c．恒容條件下，反應物和產物都是氣體，密度始終不變；
d．υ_正（CO）=υ_逆（CO₂），轉化成CO₂的正、逆反應速率相等；
e．該反應氣體的物質的量不變，氣體的質量也不變，所以反應過程中氣體的平均相對分子質量不變；
③c到達平衡，而b點未達到平衡，正反應速率減小，逆反應速率增大至相等；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；

解答 解：（1）根據方程式3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）△H=-1591.2kJ/mol，可知每轉移12mol電子，放出1591.2kJ熱量，所以每轉移1mole^-，可放出的熱量為132.6kJ，
故答案為：132.6kJ；
（2）①用CO還原MgSO₄可得到MgO、CO₂、SO₂和SO₃，方程式為CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
故答案為：CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
②由圖可知鎂-次氯酸鹽”燃料電池中Mg與ClO^-、H₂O反應生成Cl^-與Mg（OH）₂，該電池反應的總反應方程式為Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂，正極電極反應是ClO-離子得到電子發生還原反應，電極反應為：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-，負極電極反應是Mg失去電子發生氧化反應，電極反應為：Mg-2e^-+2OH^-=Mg（OH）₂，
故答案為：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-；
（3）①v（H₂）=$\frac{\frac{1.5mol}{2L}}{5min}$=0.15mol/（L．min），速率之比等于化學計量數之比，則v（CO₂）=v（H₂）=0.15mol/（L．min），
故答案為：0.15mol/（L．min）；
②②a．容器內CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度不再變化，則說明反應處于平衡狀態，故a正確；
b．恒溫、恒容條件下，氣體的總物質的量始終不變，壓強始終不變，故b錯誤；
c．恒容條件下，反應物和產物都是氣體，密度始終不變，故c錯誤；
d．υ_正（CO）=υ_逆（CO₂），轉化成CO₂的正、逆反應速率相等，說明反應處于平衡狀態，故d正確；
e．該反應氣體的物質的量不變，氣體的質量也不變，所以反應過程中氣體的平均相對分子質量不變，所以不能說明反應是否處于平衡狀態，故e錯誤，
故選：ad；
③c到達平衡，而b點未達到平衡，正反應速率減小，逆反應速率增大至相等，故b點υ_正＞υ_逆；
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，故t₃～t₄時刻，H₂O（g）的轉化率降低，
故答案為：＞；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．

點評 本題考查的知識點較多，既考查了電化學又考查了反應熱的問題，對學生綜合運用知識能力有一定的要求，特別是根據圖中信息寫電極反應，要求學生有較好從圖中獲取信息的能力，整個題目難度較大．本題考查化學平衡計算、平衡狀態判斷、化學平衡影響因素、原電池等，注意理解掌握化學平衡常數的應用．