1、题组37化学反应中的能量变化与化学平衡的综合1.碳热还原法广泛用于合金及材料的制备。回答下列问题:(1)一种制备氮氧化铝的反应原理为23Al2O3+15C+5N2 2Al23O27N5+15CO,产物Al23O27N5中氮元素的化合价为,该反应中每生成1 mol Al23O27N5,转移的电子数为。(2)真空碳热冶铝法包含很多反应,其中的三个反应如下:Al2O3(s)+3C(s) Al2OC(s)+2CO(g)H12Al2OC(s)+3C(s) Al4C3(s)+2CO(g)H22Al2O3(s)+9C(s) Al4C3(s)+6CO(g)H3H3=(用H1、H2表示)。Al4C3可与足量盐酸
2、反应制备一种最简单的烃。该反应的化学方程式为 。(3)下列是碳热还原法制锰合金的三个反应,CO与CO2平衡分压比的自然对数值(lnK=2.303 lgK)与温度的关系如图所示(已知Kp是用平衡分压代替浓度计算所得的平衡常数,分压=总压气体的物质的量分数)。.Mn3C(s)+4CO2(g) 3MnO(s)+5CO(g)Kp().Mn(s)+CO2(g) MnO(s)+CO(g)Kp().Mn3C(s)+CO2(g) 3Mn(s)+2CO(g)Kp()H0的反应是(填“”“”或“”)。1 200 K时,在一体积为2 L的恒容密闭容器中有17.7 g Mn3C(s)和0.4 mol CO2,只发生反
3、应,5 min后达到平衡,此时CO的浓度为0.125 mol/L,则05 min内v(CO2)=。在一体积可变的密闭容器中加入一定量的Mn(s)并充入一定量的CO2(g),只发生反应,下列能说明反应达到平衡的是(填字母)。A.容器的体积不再改变B.固体的质量不再改变C.气体的总质量不再改变答案(1)-39.031024(或15NA)(2)2H1+H2Al4C3+12HCl 4AlCl3+3CH4(3)0.02 molL-1min-1BC解析(1)反应23Al2O3+15C+5N2 2Al23O27N5+15CO中,产物Al23O27N5中氮元素的化合价为-3,该反应中每生成1 mol Al23
4、O27N5,转移的电子数为53NA=15NA。(2)已知.Al2O3(s)+3C(s) Al2OC(s)+2CO(g)H1.2Al2OC(s)+3C(s) Al4C3(s)+2CO(g)H2.2Al2O3(s)+9C(s) Al4C3(s)+6CO(g)H3根据盖斯定律,由2+得反应,则H3=2H1+H2;Al4C3可与足量盐酸反应制备一种最简单的烃(CH4),根据质量守恒定律可得反应的化学方程式为Al4C3+12HCl 4AlCl3+3CH4。(3)由题图中信息可知,反应升高温度,lnK增大,则K增大,平衡正向移动,说明其正反应为吸热反应,H0;05 min内v(CO2)=45v(CO)=4
5、50.125 mol/L5 min=0.02 molL-1min-1;反应.Mn(s)+CO2(g) MnO(s)+CO(g)为气体体积不变的放热反应,根据“变量不变达平衡”进行判断,反应为气体体积不变的反应,反应过程中容器的体积不是变量,不能作为平衡状态的判断依据,选项A不符合题意;反应是一个固体质量增大的反应,固体的质量为变量,当固体的质量不再改变说明反应达到平衡状态,选项B符合题意;反应是一个气体质量减小的反应,气体的总质量为变量,当气体的总质量不再改变说明反应达到平衡状态,选项C符合题意。2.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注,下表为制取Cu2O的两种方法:方法a用炭粉在高
6、温条件下还原CuO方法b电解法,反应为2Cu+H2O Cu2O+H2(1)已知:2Cu(s)+ 12O2(g)Cu2O(s)H1=-169 kJmol-1C(s)+12O2(g)CO(g)H2=-110.5 kJmol-1Cu(s)+12O2(g)CuO(s)H3=-157 kJmol-1则方法a中反应的热化学方程式是 。(2)方法b是用肼燃料电池为电源,通过离子交换膜电解法控制电解液中OH-的浓度来制备纳米Cu2O,装置如图所示:上述装置中B电极应连电极(填“C”或“D”)。该离子交换膜为离子交换膜(填“阴”或“阳”),该电解池的阳极反应式为 。原电池中负极反应式为 。(3)在相同体积的恒容
7、密闭容器中,用以上方法制得的两种Cu2O分别进行催化分解水的实验:2H2O(g) 2H2(g)+O2(g)H0。水蒸气的浓度随时间t的变化如下表所示:序号温度/c/molL-1t/min01020304050T10.0500.049 20.048 60.048 20.048 00.048 0T10.0500.048 80.048 40.048 00.048 00.048 0T20.100.0960.0930.0900.0900.090催化剂的催化效率:实验实验(填“”或“”)。实验的化学平衡常数K1、K2、K3的大小关系为。答案(1)2CuO(s)+C(s) Cu2O(s)+CO(g)H=+3
8、4.5 kJmol-1(2)D阴2Cu-2e-+2OH- Cu2O+H2ON2H4-4e-+4OH- N2+4H2O(3)K1=K2K3解析(1)据盖斯定律可知反应2CuO(s)+C(s) Cu2O(s)+CO(g)的H=H1+H2-2H3=+34.5 kJmol-1。(2)在燃料电池中,通入燃料的一极为负极,所以C为负极,D为正极;用电解法制备纳米Cu2O时,Cu电极应为阳极,与电池正极相连,故B电极应连D电极。电解池中,A极反应式为2H2O+2e- H2+2OH-,B极反应式为Cu+2OH-2e- Cu2O+H2O,A极产生OH-,B极消耗OH-,故离子交换膜为阴离子交换膜。原电池负极上N2H4失电子被氧化为N2,电极反应式为N2H4+4OH-4e- N2+4H2O。(3)根据题表数据知反应速率:实验实验,故催化剂的催化效率:实验实验。水的分解为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,H2O的平衡转化率增大,故T1T2。对于吸热反应,升高温度,平衡常数增大,故K1=K2K3。