Question

碳、氮广泛的分布在自然界中，碳、氮的化合物性能优良，在工业生产和科技领域有重要用途。

（1）氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料，它可由SiO2与过量焦炭在1300～1700oC的氮气流中反应制得：3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g) Si3N4(s)+6CO(g)。⊿H ＝-1591．2 kJ/mol，则该反应每转移1mole—，可放出的热量为          。

（2）某研究小组现将三组CO(g)与H₂O(g)的混合气体分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，一定条件下发生反应：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)，得到如下数据：

① 实验1中，前5min的反应速率v(CO₂)＝               。

②下列能判断实验2已经达到平衡状态的是           。

a．容器内CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度不再变化      b．容器内压强不再变化

c．混合气体的密度保持不变                   d．v_正(CO) ＝v_逆（CO₂）

e．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化

③若实验2的容器是绝热的密闭容器，实验测得H₂O(g)的转化率H₂O%随时间变化的示意图如下图所示， b点v_正     v_逆（填“＜”、“＝”或“＞”），t₃～t₄时刻，H₂O(g)的转化率H₂O%降低的原因是                                      。

（3）利用CO与H₂可直接合成甲醇，下图是由“甲醇-空气”形成的绿色燃料电池的工作原理示意图，写出以石墨为电极的电池工作时负极的电极反应式                     ，利用该电池电解1L 0.5mol/L的CuSO₄溶液，当消耗560mLO₂（标准状况下）时，电解后溶液的pH＝         （溶液电解前后体积的变化忽略不计）。

Answer

（1）132.6kJ（2）① 0.15mol·L-1·min-1 ②ad ③＞、该反应达到平衡后，因反应为放热反应且反应容器为绝热容器，故容器内温度升高，反应逆向进行

（3）CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+、1

【解析】

试题分析：（1）反应中氮元素的化合价从0价降低到－3价，得到电子，所以氮气是氧化剂，2mol氮气得到12mol电子，放出1591.2kJ的热量，则该反应每转移1mole—，可放出的热量为1591.2 kJ÷12=132.6kJ。

（2）①根据表格提供的信息和化学方程式可知v（CO2）=v（H2），则v（CO2 ）=v（H2）=1.5mol÷(2L×5min)= =0.15mol/（L•min）；

②a．容器内CO、H2O、CO2、H2的浓度不再变化是反应达到平衡状态的标志，a正确；b.由于反应前后气体的体积不变，则无论是否达到平衡状态容器内压强始终不改变，压强不变不能作为判断达到平衡的依据，b错误；c．在恒容密闭容器中，混合气体的密度始终保持不变，不能作为判断达到平衡状态的依据，c错误；d．v正(CO) ＝v逆（CO2），说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，d正确；e.根据M=m÷n，该反应是左右气体系数和相等的可逆反应，密闭容器中质量不变，则气体的平均相对分子质量始终不随时间而变化，不能作为达到平衡状态的依据，e错误；答案选ad。

③根据图象可知，b点过后水的转化率增大，说明平衡正向移动，即b点v正 > v逆；因为该反应达到平衡后，因反应为放热反应且反应容器为绝热容器，故容器内温度升高，反应逆向进行，t3～t4时刻，H2O(g)的转化率H2O%降低。

（3）根据题图可知，甲醇在负极上发生氧化生成CO2，电极反应式为CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+；标准状况下560mLO2的物质的量为0.56L÷22.4/mol=0.025mol，氧气在正极得到的电子的物质的量为0.025mol×4=0.1mol，则整个电路中转移0.1mol电子，根据阳极反应式：2H2O-4e－=O2↑+4H＋，电解后溶液的c(H＋)=0.1mol÷1L=0.1mol/L，pH=1。

考点：考查反应热的计算，化学反应速率的计算，化学平衡状态的判断，电解池的计算等知识。