Question

10．钠是一种非常活泼的金属元素，其单质及化合物在科研、生产中起着重要作用．
（1）利用金属钠和CO₂反应可制备金刚石，其相关反应的热化学方程式如下：
4Na（g）+3CO₂（g）═2Na₂CO₃（l）+C（s，金刚石）△H=a kJ•mol^-1
CO₂（g）+4Na（g）═2Na₂O（s）+C（s，金刚石）△H=b kJ•mol^-1
反应6Na₂O（s）+2C（s，金刚石）═8Na（g）+2Na₂CO₃（l）的△H=（a-3b）kJ•mol^-1（用含a、b的代数式表示）．
（2）T℃时，体积为2L的恒容容器中加入一定量的Na₂SO₄固体和氢气，发生如下反应：
Na₂SO₄（s）+4H₂（g）?Na₂S（s）+4H₂O（g）．
①若降低温度，K值减小，则反应的△H＞0（填“＞或“＜”）．
②下列说法错误的是AD．
A．增加Na₂SO₄（s）的量可加快反应速率
B．当混合气体的密度一定时，该反应达到平衡状态
C．保持温度不变，向平衡体系中再通入一定量的H₂，△H不变
D．其他条件不变，升高温度，则v（正）增大，v（逆）减小，平衡右移
③若2min内反应达到平衡，此时气体质量增加了8g，则用H₂表示的反应速率为0.125mol•L^-1•min^-1；已知反应过程中H₂的体积分数与时间的关系如上图所示，则T℃下该反应的平衡常数为1．
④若反应达平衡后，加入一定量的H₂，再次平衡后H₂O的体积分数不变（填“增大”“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）①4Na（g）+3CO₂（g）═2Na₂CO₃（l）+C（s，金刚石）△H=a kJ•mol^-1
②CO₂（g）+4Na（g）═2Na₂O（s）+C（s，金刚石）△H=b kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，①-②×3得到反应6Na₂O（s）+2C（s，金刚石）═8Na（g）+2Na₂CO₃（l）；
（2）①若降低温度，K值减小，可知降低温度，平衡逆向移动；
②A．增加Na₂SO₄（s）的量，速率无影响；
B．当混合气体的质量为变量，则密度为变量；
C．保持温度不变，向平衡体系中再通入一定量的H₂，反应物浓度增大，△H与浓度无关；
D．其他条件不变，升高温度，则v（正）、v（逆）均增大；
③若2min内反应达到平衡，此时气体质量增加了8g，则
Na₂SO₄（s）+4H₂（g）?Na₂S（s）+4H₂O（g）△m
                        4                                               64
                        x                                                8
则x=$\frac{4×8}{64}$=0.5mol，
结合v=$\frac{△c}{△t}$计算速率；
由图可知，氢气的转化率为50%，则转化的氢气为0.5mol，平衡时氢气为0.5mol、水蒸气为0.5mol，以此计算K；
④若反应达平衡后，加入一定量的H₂，体积温度不变，压强增大，但该反应为气体体积不变的反应．

解答 解：（1）①4Na（g）+3CO₂（g）═2Na₂CO₃（l）+C（s，金刚石）△H=a kJ•mol^-1
②CO₂（g）+4Na（g）═2Na₂O（s）+C（s，金刚石）△H=b kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，①-②×3得到反应6Na₂O（s）+2C（s，金刚石）═8Na（g）+2Na₂CO₃（l），则△H=（a-3b）kJ/mol，
故答案为：（a-3b）；
（2）①若降低温度，K值减小，可知降低温度，平衡逆向移动，则正反应为吸热反应，反应的△H＞0，故答案为：＞；
②A．增加Na₂SO₄（s）的量，速率无影响，反应速率不变，故A错误；
B．当混合气体的质量为变量，则密度为变量，则混合气体的密度一定时，该反应达到平衡状态，故B正确；
C．保持温度不变，向平衡体系中再通入一定量的H₂，反应物浓度增大，△H与浓度无关，则△H不变，故C正确；
D．该反应为吸热反应，其他条件不变，升高温度，则v（正）、v（逆）均增大，且平衡向右移动，故D错误；
故答案为：AD；
③若2min内反应达到平衡，此时气体质量增加了8g，则
Na₂SO₄（s）+4H₂（g）?Na₂S（s）+4H₂O（g）△m
                        4                                               64
                        x                                                8
则x=$\frac{4×8}{64}$=0.5mol，
用H₂表示的反应速率为v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{2min}$=0.125 mol•L^-1•min^-1；
由图可知，氢气的转化率为50%，则转化的氢气为0.5mol，平衡时氢气为0.5mol、水蒸气为0.5mol，则K=$\frac{（\frac{0.5mol}{2L}）^{4}}{（\frac{0.5mol}{2L}）^{4}}$=1，
故答案为：0.125 mol•L^-1•min^-1；1；
④若反应达平衡后，加入一定量的H₂，体积温度不变，压强增大，但该反应为气体体积不变的反应，平衡不移动，则再次平衡后H₂O的体积分数不变，
故答案为：不变．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握平衡三段法、速率及K的计算、平衡移动为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意结合盖斯定律计算反应热，题目难度不大．