Question

（14分）工業(yè)上利用CO和水蒸氣在一定條件下發(fā)生反應(yīng)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(yīng)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(yīng)物，使其在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)。相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器編號	起始時各物質(zhì)物質(zhì)的量/mol				達(dá)到平衡的時間/min	達(dá)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(yīng)過程中，反應(yīng)物分子化學(xué)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(xué)鍵形成時所釋放的總能量。
（2）容器①中反應(yīng)達(dá)平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為                 %。
（3）計(jì)算容器②中反應(yīng)的平衡常數(shù)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?jǐn)?shù)相等
B．容器②中反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時，Q > 65.6 kJ
C．反應(yīng)開始時，兩容器中反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率相等
D．容器①中，化學(xué)反應(yīng)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(xué)方程式：                              。
（6）容器①中反應(yīng)進(jìn)行到t min時，測得混合氣體中CO₂的物質(zhì)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(yīng)的離子方程式為（用一個離子方程式表示）                 。
（7）研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF₂-CaO作電解質(zhì)，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(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式：       。
②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是（請結(jié)合反應(yīng)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(fā)生如下反應(yīng)：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(fā)生如下反應(yīng)：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(yīng)過程中，反應(yīng)物分子化學(xué)鍵斷裂時所吸收的總能量小于生成物分子化學(xué)鍵形成時所釋放的總能量，所以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時放出熱量。（2）容器①中反應(yīng)達(dá)平衡時，32.8 kJ ÷41 kJ =0.8，所以CO的轉(zhuǎn)化率為80%；（3）由于容器①、容器②中的溫度不變，所以反應(yīng)的平衡常數(shù)相同。K=；（4）A. 由于該容器內(nèi)的反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積相等的反應(yīng)，兩個容器內(nèi)反應(yīng)物的物質(zhì)的量的比相等，所以達(dá)到平衡時，兩容器中為等效平衡，故H₂的體積分?jǐn)?shù)相等，正確；B．由于容器容器①、②是等效平衡，所以物質(zhì)的量是①的2倍，放出的熱量也是①的2倍，所以②中反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時，Q ="32.8" kJ×2=" 65.6" kJ；錯誤；C．反應(yīng)開始時，由于②的物質(zhì)的量是①的2倍，濃度越大，反應(yīng)速率就越快，錯誤；D．化學(xué)反應(yīng)速率是單位時間內(nèi)物質(zhì)的量濃度的改變數(shù)值，該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)物不可能完全反應(yīng)，故該選項(xiàng)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(xué)方程式是：3CO₂ + 5OH^- ="==" 2CO₃^2- + HCO₃^- + 2H₂O；（7）①在陽極O^2-失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，所發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式是：2O^2- - 4e^- ="=" O₂↑或?qū)憺镃 + 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(fā)生如下反應(yīng)：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(diǎn)：考查化學(xué)鍵的鍵能與反應(yīng)熱的關(guān)系、物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率、平衡狀態(tài)的判斷、離子方程式的書寫、電解原理的應(yīng)用的知識。