Question

 “溫室效應”是全球關注的環境問題之一。CO₂是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體。因此，控制和治理CO₂是解決溫室效應的有效途徑。

（1）將不同量的CO(g)和H₂O(g)分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，得到如下三組數據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	達到平衡所需時間/min
CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

 

① 實驗1條件下平衡常數K=      （保留小數點后二位數字）。

② 實驗3中，若平衡時，CO的轉化率大于水蒸氣，則a/b 的值     （填具體值或取值范圍）。

③ 實驗4，若900℃時，在此容器中加入10molCO、5molH₂O、2molCO₂、5molH₂，則此時v(正)      v(逆)（填“<”、“>”、“=”）。

（2）CO₂在自然界循環時可與CaCO₃反應，CaCO₃是一種難溶物質，其K_sp=2.8×10^—9。CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^—4mo1/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為    。

（3）已知BaSO₄(s) + 4C(s) =4CO(g) + BaS(s)   △H₁ =+571.2kJ/mol，

BaSO₄(s) + 2C(s) = 2CO₂(g) + BaS(s)   △H₂=+226.2 kJ/mol。

則反應C(s) + CO₂(g) = 2CO(g)的△H₃=       kJ/mol。

（4）尋找新能源是解決溫室效應的一條重要思路。磷酸亞鐵鋰LiFePO₄是一種新型汽車鋰離子電池，總反應為：FePO₄+Li        LiFePO₄，電池中的固體電解質可傳導Li⁺，則該電池放電時的正極和負極反應式分別為：                 和                  。若用該電池電解蒸餾水（電解池電極均為惰性電極），當電解池兩極共有3360mL氣體（標準狀況）產生時，該電池消耗鋰的質量為        。(Li的相對原子質量約為7.0)

 

Answer 1

【答案】

（16分）

（1）①2.67（2分）   ②<1 （2分）     ③< （2分）

（2）5.6×10^—5mo1/L （2分）

（3）+172.5 （2分）

（4）FePO₄+Li⁺+e^—=LiFePO₄（2分）    Li－e^—=Li⁺ （2分）   1.4 g（2分）

【解析】

試題分析：（1）①表中實驗1有關組分的起始物質的量、平衡物質的量已知，容器體積為2L，由于c=n/V，則

                       CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)

起始濃度（mol/L）       2      1           0     0

變化濃度（mol/L）       0.8     0.8        0.8    0.8

平衡濃度（mol/L）       1.2     0.2        0.8    0.8

K===2.67

②實驗3中CO、H₂O的起始濃度分別為a/2mol/L、b/2mol/L，設CO的變化濃度為xmol/L，由于CO、H₂O的變化濃度之比等于化學方程式的系數之比，則H₂O的變化濃度為xmol/L，則CO、H₂O的平衡轉化率分別為2x/a、2x/b，若CO的平衡轉化率大于水蒸氣，則2x/a>2x/b，所以a/b<1；

③先根據實驗2中有關數據求900時的平衡常數，再根據溫度不變平衡常數不變，利用此時各組分的物質的量計算各自濃度，根據濃度商與平衡常數的大小判斷此時反應進行的方向（若濃度商大于平衡常數，則反應向逆反應方向進行，反之，則向正反應方向進行），最后反應向哪個方向進行，則哪個方向的速率就大于相反方向的速率。

表中實驗2有關組分的起始物質的量、平衡物質的量已知，容器體積為2L，由于c=n/V，則

                       CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)

起始濃度（mol/L）       1     0.5          0      0

變化濃度（mol/L）      0.2    0.2          0.2    0.2

平衡濃度（mol/L）      0.8    0.3          0.2    0.2

K===0.167

實驗4時CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度分別為5mol/L、2.5mol/L、1mol/L、2.5mol/L，則Q===0.2>K=0.167，說明此時反應應該向逆反應方向進行，所以v(逆)>v(正)，即v(正)<v(逆)；

（2）設混合前CaCl₂溶液的最小濃度為xmol/L，Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^—4mo1/L，則等體積混合后CaCl₂、Na₂CO₃的濃度分別為x/2mol/L、1×10^—4mo1/L，則K_sp=2.8×10^—9= x/2×1×10^—4，x=5.6×10^—5；

（3）先將3個熱化學方程式依次編號為①②③，接著觀察它們的關系，發現①/2—②/2=③，則C(s) + CO₂(g) = 2CO(g)的△H₃=△H₁ /2—△H₂/2=+172.5 kJ/mol；

（4）放電時電池總反應式為FePO₄+Li=LiFePO₄，其中鋰元素由0升為+1價，鐵元素由+3降為+2價，前者在負極上發生氧化反應，后者在正極上發生還原反應，根據電子、電荷、原子守恒原理及電解質中定向移動的離子環境，正極反應式為FePO₄+Li⁺+e^—=LiFePO₄，負極反應式為Li－e^—=Li⁺；用惰性電極電解水的原理為2H₂O2H₂↑+O₂↑～4e^—，則n(H₂)=2n(O₂)，由于n=V/V_m，則n(H₂)+n(O₂)=3 n(O₂)=3.36L÷22.4L/mol=0.15mol，則n(O₂)=0.05mol，則轉移電子的物質的量=4 n(O₂)=0.2mol，由于新型電池中轉移電子和電解水時轉移電子相等，FePO₄+Li=LiFePO₄～e^—中參加反應的鋰與轉移電子的系數之比等于物質的量之比，則參加反應的鋰為為0.2mol，由于鋰的相對原子質量約為7.0，m=n×M，則參加反應的鋰為1.4g。

考點：考查化學反應原理，涉及求化學平衡常數、比較反應物的平衡轉化率、濃度商與平衡常數大小關系、反應進行方向與正、逆反應速率大小的關系、稀釋定律、溶度積計算、蓋斯定律、原電池和電解原理、電極反應式、物質的量、氣體摩爾體積、摩爾質量、物質的量在化學或離子方程式計算中的應用等。