Question

17．煤、天然氣、石油綜合利用是構建節約型、環境友好型社會的必然選擇．
（1）利用合成氣可以合成甲醇、甲醛等有機物，其催化劑主要是銅、硅、鐵、鋁的氧化物．
①氧原子的原子結構示意圖為．
②下列有關銅、硅、鐵、鋁單質及其化合物性質的推斷正確的是C．
A．常溫下，它們的單質都不能和濃硝酸反應
B．它們的氧化物都能和稀硫酸反應
C．硅及其氧化物能和燒堿溶液、氫氟酸反應
D．以石墨為電極電解上述金屬鹽溶液可以制金屬
（2）K=$→_{c（•H_{2}O）}^{c（CO）•c（H_{2}）}$是某化學反應的平衡常數表達式，該化學反應方程式為C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）．
（3）已知在400℃時，利用上述反應獲得的氫氣合成氨：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0   此溫度平衡常數K=0.5
在0.5L的反應容器中進行合成氨反應，一段時間后，測得N₂、H₂、NH₃的物質的量分別為1mol、0.5mol、1mol，則此時反應中氨氣正反應速率小于 氨氣逆反應速率（填“大小”、“小于”或“等于”）．
下列措施能提高合成氨反應速率和氫氣轉化率的是D．
A．升高溫度   B．加入高效催化劑   C．及時分離氨氣   D．縮小容器體積
（4）在固定體積的密閉容器中，進行化學反應：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H
①正反應是吸熱反應（填“吸熱”或“放熱”）．
②在一定條件下，下列變化情況合理且表明該可逆反應達到平衡狀態的是BD．
A．容器內壓強由大到小至不變      
B．混合氣體平均相對分子質量不變
C．混合氣體密度保持不變          
D．CH₄、H₂的消耗速率比為1：3
（5）在某密閉容器中充入一定量CH₄、CO₂，發生如下反應：
CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），在一定條件下達到平衡狀態時，CH₄、CO₂、CO、H₂的物質的量分別為2mol、1mol、4mol、4mol．則CH₄、CO₂的轉化率比等于3：4．

Answer 1

分析 （1）①氧原子核外有8電子，K、L層分別占據2、6個電子．
②A、銅能與濃硝酸反應；
B、二氧化硅不和稀硫酸反應；
C、硅、二氧化硅都能和氫氧化鈉溶液、氫氟酸溶液反應，如硅與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉和氫氣；硅與氫氟酸反應生成四氟化硅和氫氣，二氧化硅與氫氟酸反應生成四氟化硅和水；
D、電解氯化鋁溶液、氯化鐵溶液得到氫氧化鋁、氫氧化鐵，因為鋁離子、亞鐵離子的還原性比氫離子弱；
（2）根據平衡常數表達式知，有碳元素參與反應，又不列入平衡常數表達式，說明碳和水蒸汽反應生成一氧化碳和氫氣，固態碳不列入平衡常數；
（3）計算此時的物質濃度計算濃度商和平衡常數比較判斷反應進行的方向，溫度不變，平衡常數不變；提高合成氨反應速率和氫氣轉化率，增大壓強、升高溫度、增大濃度可以增大反應速率，平衡正向進行可以增大氫氣的轉化率；
（4）①從圖象看，溫度升高，平衡常數增大，升溫平衡向吸熱反應方向進行；
②平衡的標志是正逆反應速率相同，個組成含量保持不變，反應過程中“變量不變”時為判斷平衡的依據；
（5）依據化學平衡三段式列式計算，轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%．

解答 解：（1）①氧原子核外有8電子，K、L層分別占據2、6個電子，氧原子結構示意圖為，故答案為：；
②A、鋁常溫下發生鈍化，銅能與濃硝酸反應，故A錯誤；
B、氧化銅氧化鐵、氧化鋁和稀硫酸反應，二氧化硅不和稀硫酸反應，故B錯誤；
C、硅、二氧化硅都能和氫氧化鈉溶液、氫氟酸溶液反應，如硅與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉和氫氣；硅與氫氟酸反應生成四氟化硅和氫氣，二氧化硅與氫氟酸反應生成四氟化硅和水，故C正確；
D、電解氯化鋁溶液、氯化鐵溶液得到氫氧化鋁、氫氧化鐵，因為鋁離子、亞鐵離子的還原性比氫離子弱，故D錯誤．
故答案為：C；
（2）根據平衡常數表達式知，有碳元素參與反應，又不列入平衡常數表達式，說明碳和水蒸汽反應生成一氧化碳和氫氣，固態碳不列入平衡常數，反應的化學方程式為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；
（3）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0   此溫度平衡常數K=0.5
在0.5L的反應容器中進行合成氨反應，一段時間后，測得N₂、H₂、NH₃的物質的量分別為1mol、0.5mol、1mol，c（NH₃）=2mol/L，c（H₂）=1mol/L，c（N₂）=2mol/L，濃度商Q=$\frac{{2}^{2}}{1×2}$=2＞0.5，溫度不變，平衡常數不變，反應向逆方向進行，即此時反應中氨氣正反應速率小于氨氣逆反應速率；
反應是氣體體積減小的放熱反應，提高合成氨反應速率和氫氣轉化率，增大壓強、升高溫度、增大濃度可以增大反應速率，平衡正向進行可以增大氫氣的轉化率；
A．升高溫度增大反應速率，平衡逆向進行，氫氣轉化率減小，故A錯誤；   
B．加入高效催化劑增大反應速率，不改變化學平衡，氫氣轉化率不變，故B錯誤；   
C．及時分離氨氣，增大氫氣轉化率，但反應速率減小，故C錯誤；
D．縮小容器體積，相當于增大壓強，反應速率增大，平衡正向進行，氫氣轉化率增大，故D正確；
故答案為：小于；D；
（4）①從圖象看，溫度升高，平衡常數增大，平衡正向進行，所以正反應是吸熱反應，故答案為：吸熱；
②A、恒容恒溫條件下，各物質都是氣態，氣體分子數由小到大，說明容器內氣壓增大，故A錯誤；
B、氣體總質量不變，氣體總物質的量由少到多，氣體相對分子質量由大到小至不變時達到平衡狀態，故B正確；
C、氣體總質量和容器總體積始終不變，氣體密度始終不變，不能判斷平衡狀態，故C錯誤；
D、消耗氫氣速率與生成甲烷速率比為3：1，說明甲烷消耗和生成速率相等，達到平衡狀態，故D正確；
故答案為：BD；
（5）在某密閉容器中充入一定量CH₄、CO₂，發生如下反應：
CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），在一定條件下達到平衡狀態時，CH₄、CO₂、CO、H₂的物質的量分別為2mol、1mol、4mol、4mol，設起始量二氧化碳和甲烷分別為a、b，則
        CO₂+CH₄ =2CO+2H₂
開始：a    b       0    0
變化  2 mol 2mool  4mol   4mol
平衡：1mol  2mol   4mol 4mol
a=3mol，b=4mol
則CH₄、CO₂的轉化率=$\frac{2}{4}$：$\frac{2}{3}$=3：4，
故答案為：3：4．

點評 本題考查了物質結構、性質的分析，化學平衡影響因素，平衡標志的理解應用，平衡常數，反應速率，轉化率的概念計算分析應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．