Question

17．煤、天然氣、石油綜合利用是構(gòu)建節(jié)約型、環(huán)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(jié)構(gòu)示意圖為．
②下列有關(guān)銅、硅、鐵、鋁單質(zhì)及其化合物性質(zhì)的推斷正確的是C．
A．常溫下，它們的單質(zhì)都不能和濃硝酸反應(yīng)
B．它們的氧化物都能和稀硫酸反應(yīng)
C．硅及其氧化物能和燒堿溶液、氫氟酸反應(yīng)
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(yīng)的平衡常數(shù)表達式，該化學反應(yīng)方程式為C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）．
（3）已知在400℃時，利用上述反應(yīng)獲得的氫氣合成氨：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0   此溫度平衡常數(shù)K=0.5
在0.5L的反應(yīng)容器中進行合成氨反應(yīng)，一段時間后，測得N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量分別為1mol、0.5mol、1mol，則此時反應(yīng)中氨氣正反應(yīng)速率小于 氨氣逆反應(yīng)速率（填“大小”、“小于”或“等于”）．
下列措施能提高合成氨反應(yīng)速率和氫氣轉(zhuǎn)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(yīng)：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H
①正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)（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(yīng)達到平衡狀態(tài)的是BD．
A．容器內(nèi)壓強由大到小至不變      
B．混合氣體平均相對分子質(zhì)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(fā)生如下反應(yīng)：
CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），在一定條件下達到平衡狀態(tài)時，CH₄、CO₂、CO、H₂的物質(zhì)的量分別為2mol、1mol、4mol、4mol．則CH₄、CO₂的轉(zhuǎn)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(jù)2、6個電子．
②A、銅能與濃硝酸反應(yīng)；
B、二氧化硅不和稀硫酸反應(yīng)；
C、硅、二氧化硅都能和氫氧化鈉溶液、氫氟酸溶液反應(yīng)，如硅與氫氧化鈉反應(yīng)生成硅酸鈉和氫氣；硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和氫氣，二氧化硅與氫氟酸反應(yīng)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(jù)平衡常數(shù)表達式知，有碳元素參與反應(yīng)，又不列入平衡常數(shù)表達式，說明碳和水蒸汽反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，固態(tài)碳不列入平衡常數(shù)；
（3）計算此時的物質(zhì)濃度計算濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進行的方向，溫度不變，平衡常數(shù)不變；提高合成氨反應(yīng)速率和氫氣轉(zhuǎn)化率，增大壓強、升高溫度、增大濃度可以增大反應(yīng)速率，平衡正向進行可以增大氫氣的轉(zhuǎn)化率；
（4）①從圖象看，溫度升高，平衡常數(shù)增大，升溫平衡向吸熱反應(yīng)方向進行；
②平衡的標志是正逆反應(yīng)速率相同，個組成含量保持不變，反應(yīng)過程中“變量不變”時為判斷平衡的依據(jù)；
（5）依據(jù)化學平衡三段式列式計算，轉(zhuǎn)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(jù)2、6個電子，氧原子結(jié)構(gòu)示意圖為，故答案為：；
②A、鋁常溫下發(fā)生鈍化，銅能與濃硝酸反應(yīng)，故A錯誤；
B、氧化銅氧化鐵、氧化鋁和稀硫酸反應(yīng)，二氧化硅不和稀硫酸反應(yīng)，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(yīng)，如硅與氫氧化鈉反應(yīng)生成硅酸鈉和氫氣；硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和氫氣，二氧化硅與氫氟酸反應(yīng)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(jù)平衡常數(shù)表達式知，有碳元素參與反應(yīng)，又不列入平衡常數(shù)表達式，說明碳和水蒸汽反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，固態(tài)碳不列入平衡常數(shù)，反應(yīng)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(shù)K=0.5
在0.5L的反應(yīng)容器中進行合成氨反應(yīng)，一段時間后，測得N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)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(shù)不變，反應(yīng)向逆方向進行，即此時反應(yīng)中氨氣正反應(yīng)速率小于氨氣逆反應(yīng)速率；
反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，提高合成氨反應(yīng)速率和氫氣轉(zhuǎn)化率，增大壓強、升高溫度、增大濃度可以增大反應(yīng)速率，平衡正向進行可以增大氫氣的轉(zhuǎn)化率；
A．升高溫度增大反應(yīng)速率，平衡逆向進行，氫氣轉(zhuǎn)化率減小，故A錯誤；   
B．加入高效催化劑增大反應(yīng)速率，不改變化學平衡，氫氣轉(zhuǎn)化率不變，故B錯誤；   
C．及時分離氨氣，增大氫氣轉(zhuǎn)化率，但反應(yīng)速率減小，故C錯誤；
D．縮小容器體積，相當于增大壓強，反應(yīng)速率增大，平衡正向進行，氫氣轉(zhuǎn)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(shù)增大，平衡正向進行，所以正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故答案為：吸熱；
②A、恒容恒溫條件下，各物質(zhì)都是氣態(tài)，氣體分子數(shù)由小到大，說明容器內(nèi)氣壓增大，故A錯誤；
B、氣體總質(zhì)量不變，氣體總物質(zhì)的量由少到多，氣體相對分子質(zhì)量由大到小至不變時達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C、氣體總質(zhì)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(tài)，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(tài)，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(fā)生如下反應(yīng)：
CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），在一定條件下達到平衡狀態(tài)時，CH₄、CO₂、CO、H₂的物質(zhì)的量分別為2mol、1mol、4mol、4mol，設(shè)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(zhuǎn)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(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的分析，化學平衡影響因素，平衡標志的理解應(yīng)用，平衡常數(shù)，反應(yīng)速率，轉(zhuǎn)化率的概念計算分析應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．