Question

碳、氮广泛地分布在自然界中，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1300～1700°C的氮气流中反应制得：3SiO₂(s) + 6C(s) + 2N₂(g)Si₃N₄(s) + 6CO(g)  △H＝－1591.2 kJ·mol^－1，则该反应每转移1mol e^－，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)，得到下表数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达平衡所需时间/min
CO	H2O	CO	H2
1	650	2	4	0.5	1.5	5
2	900	1	2	0.5	0.5

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              （填序号）。

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ω(H₂O)随时间变化的示意图如图1所示，b点v_正          v_逆（填“＜”、“＝”或 “＞”），t₃～t₄时刻，H₂O(g) 的转化率ω(H₂O)降低的原因是                  。

（3）利用CO与H₂可直接合成甲醇，上图是由“甲醇-空气”形成的绿色燃料电池的工作原理示意图如图2，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^－1的CuSO₄溶液，当电池消耗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）132.6 kJ；（2）①0.15 mol·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，平衡向左移动；（3）CH3OH －6e－ + H2O = CO2 ↑ + 6H+；1。

【解析】

试题分析：（1）根据反应方程式，转移电子12mol，放出热量1591.2kJ，则转移1mol电子，放出热量为1591.2/12kJ=132.6kJ；(2)①根据反应方程式，生成CO2的物质的量为1.5mol，根据化学反应速率的表达式，v(CO2)=0.15/(2×5)mol/(L·min)=0.015mol/(L·min)；②a、根据化学平衡状态的定义，当组分的浓度不再改变，说明反应达到平衡，故正确；b、反应前后气体系数之和相等，因此压强不变，不能说明反应达到平衡，故错误；c、根据密度定义，组分都是气体，因此气体的质量不变，容器是恒容，气体体积不变，因此密度不变，不能说明反应达到平衡，故错误；d、用不同物质的反应速率，表示达到化学平衡，要求反应方向是一正一逆，且反应速率之比等于化学计量数之比，v正(CO)说明反应向正反应方向进行，v逆(CO2)说明反应向逆反应方向进行，且两者速率之比等于1：1，故正确；e、根据平均摩尔质量的定义，气体物质的量不变，反应前后气体系数之和相等，气体总物质的量不变，因此平均摩尔质量不变，不能说明反应达到平衡，故错误；③b点反应没有达到平衡，向正反应方向进行，因此v正>v逆；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，平衡向左移动；(3)负极应是失去电子，化合价升高，因此通甲醇一极为负极，根据图2，负极产生H＋，因此电极反应式为：CH3OH －6e－ + H2O = CO2 ↑ + 6H＋；电池正极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O，阴极反应式为2H2O＋4e－=O2↑＋4H＋，根据得失电子数目守恒，即有O2～4e－～4H＋，n(H＋)=4×560×10－3/22.4mol=0.1mol，c(H＋)=0.1/1mol·L－1=0.1mol·L－1，则pH=1。

考点：考查热化学反应方程式的计算、化学反应速率的计算、化学平衡状态的判断、电极反应式的书写等知识。