Question

以下是一些物質的熔沸點數據（常壓）：

	鉀	鈉	Na2CO3	金剛石	石墨
熔點（℃）	63.65	97.8	851	3550	3850
沸點（℃）	774	882.9	1850（分解產生CO2）	----	4250

 
金屬鈉和CO₂在常壓、890℃發生如下反應：
4 Na（g）+ 3CO₂（g）2 Na₂CO₃（l）+ C(s，金剛石) △H=－1080.9kJ/mol
（1）上述反應的平衡常數表達式為             ；若4v_正(Na)=3v_逆(CO₂)，反應是否達到平衡    （選填“是”或“否”）。
（2）若反應在10L密閉容器、常壓下進行，溫度由890℃升高到1680℃，若反應時間為10min, 金屬鈉的物質的量減少了0.20mol，則10min里CO₂的平均反應速率為             。
（3）高壓下有利于金剛石的制備，理由是                                            。
（4）由CO₂（g）+4Na（g）=2Na₂O（s）+C（s，金剛石） △H=－357.5kJ/mol；則Na₂O固體與C（金剛石）反應得到Na（g）和液態Na₂CO₃（l）的熱化學方程式                   。
（5）下圖開關K接M時，石墨作   極，電極反應式為                 。K接N一段時間后測得有0.3mol電子轉移，作出y隨x變化的圖象〖x—代表n(H₂O)_消耗，y—代表n［Al(OH)₃］，反應物足量，標明有關數據〗
     

Answer 1

（16分）
（1） K=1/c⁴(Na) c³(CO₂)（2分）（指數錯誤或出現固體或液體表示濃度的0分，濃度c大小寫不扣分）；
否（2分） 
（2）0.0015 mol/（L ·min）或0.0005 mol/（L ·min）或0.0015 mol/（L ·min）—0.0005 mol/（L ·min）間任意數值即可得滿分（2分）；單位錯誤或沒寫扣1分。
（3）增大壓強，平衡向正反應方向（體積縮小的方向，生成金剛石的方向）移動（2分）；（寫“反應”移動不扣分）。
（4）6Na₂O(s)+2C(s，金剛石)=8Na(g)+2Na₂CO₃(l) △H=—8.4kJ/mol或3Na₂O(s)+ C(s，金剛石)=4Na(g)+Na₂CO₃(l) △H=—4.2kJ/mol（2分）（方程式錯誤0分；狀態和焓變單位錯1或全錯都只扣1分；系數減半滿分；與系數匹配的焓變數值有誤扣1分。）
（5）正（2分）；O₂+2H₂O+4e^－ =4OH^－（2分）（電極反應式錯或未配平0分）；
（2分）
（線段不出頭不扣分；未標數值或標注錯誤扣1分，直線畫為曲線0分）

試題分析：（1）固體、純液體的濃度是常數，因此不能寫入平衡常數表達式，則K=；不同物質表示的正反應速率和逆反應之比等于化學方程式中對應的系數之比，說明該反應已經達到平衡，即=，所以3v_正(Na)=4v_逆(CO₂)才能說明該反應達到平衡，而4v_正(Na)=3v_逆(CO₂)不能說明反應達到平衡；（2）碳酸鈉的分解溫度為1850℃，則1680℃時容器中仍發生的反應為4 Na(g)+3CO₂(g)2 Na₂CO₃(l)+ C(s，金剛石)，先根據定義式求v(Na)，再根據速率之比等于化學方程式中的系數之比求v(CO₂)，即v(Na)====0.0020mol/(L?min)，由于=，v(CO₂)="3" v(Na)/4=0.0015mol/(L?min)，注意保留兩位有效數字；（3）4 Na(g)+3CO₂(g)2 Na₂CO₃(l)+ C(s，金剛石)的正反應是氣體體積減小的方向，增大壓強增大兩反應物濃度時，不僅反應速率加快，而且平衡向正反應方向移動，使金剛石的制備不僅速率快而且產量多；（4）將已知兩個熱化學方程式編號為①②，①—②×3可以約去3 CO₂(g)，根據蓋斯定律，則6Na₂O(s)+2C(s，金剛石)=8Na(g)+2Na₂CO₃(l) △H=—8.4kJ/mol，若系數減半，則焓變也減半，則3Na₂O(s)+ C(s，金剛石)=4Na(g)+Na₂CO₃(l) △H=—4.2kJ/mol；（5）若K接M，則該裝置為原電池，模擬鋁的吸氧腐蝕，由于鋁比石墨活潑，則鋁是負極，石墨是正極，負極反應式為Al—3e^—=Al³⁺，正極反應式為O₂+4e^—+2H₂O=4OH^—；若K接N，該裝置變為電解池，則鋁是陽極，石墨是陰極，溶液中的氫離子和鈉離子移向陰極，陰極反應式為2H⁺+2e^—=H₂↑或2H₂O+2e^—=H₂↑+2OH^—，陽極反應式為Al—3e^—=Al³⁺，則電解總反應式為2Al+6H₂O2Al(OH)₃+3H₂↑～6e^—，若轉移0.3mol電子，則被消耗的水為0.3mol；由于該反應中氫氧化鋁與水的系數之比等于物質的量之比，則=，即y=x/3；然后在坐標紙上用描點法畫圖，若x=0，則y=0；x=0.3，則y=0.1，將兩點連線即可畫圖。