高中化学用盖斯定律进行有关反应热的计算综合题

砷（As）是第四周期VA族元素，可以形成 ${{\mathit{As}}_{2}S}_3$ 、 ${\mathit{As}}_2{O}_5$ 、 $H_3{\mathit{AsO}}_3$ 、 $H_3{\mathit{AsO}}_4$ 等化合物，有着广泛的用途。回答下列问题：

（1）画出砷的原子结构示意图__________。

（2）工业上常将含砷废渣（主要成分为 ${\mathit{As}}_2{S}_3$ ）制成浆状，通入 $O_2$ 氧化，生成 $H_3{\mathit{AsO}}_4$ 和单质硫。写出发生反应的化学方程式__________。该反应需要在加压下进行，原因是__________。

（3）已知：

$\mathit{As}(s)+\frac{3}{2}{H}_2(g)+2O_2(g)=H_3{\mathit{AsO}}_4(s)$ $\Delta H_1$

$H_2(g)+\frac{1}{2}{O}_2(g)=H_{2}O(l)$ $\Delta H_2$

$2\mathit{As}(s)+\frac{5}{2}{O}_2(g)={\mathit{As}}_2{O}_5(s)$ $\Delta H_3$

则反应 ${\mathit{As}}_2{O}_3(s)+3H_{2}O(l)=2H_3{\mathit{AsO}}_4(s)$ 的 $\mathit{\Delta H}=$ __________。

（4）298K时，将 $20mL3xmol·L^{-1}$   ${\mathit{Na}}_3{\mathit{AsO}}_3$ 、 $20\mathrm{mL}\mathrm{}3\mathrm{xmol}\cdot L^{-1}{I}_2$ 和 $20mLNaOH$ 溶液混合，发生反应： ${\mathit{AsO}}_3^{3-}(\mathit{aq})+I_2(\mathit{aq})+2{\mathit{OH}}^{-}(\mathit{aq})\stackrel{\mathit{\hspace{1em}\hspace{1em}}}{\leftleftarrows }{\mathit{AsO}}_4^{3-}(\mathit{aq})+2I^{-}(\mathit{aq})+H_{2}O(l)$ 。溶液中 $c({\mathit{AsO}}_4^{3-})$ 与反应时间(t)的关系如图所示。

①下列可判断反应达到平衡的是__________（填标号）。

a．溶液的pH不再变化

b． $v(I^{-})=2v({\mathit{AsO}}_3^{3-})$

c． $c({\mathit{AsO}}_4^{3-})/c({\mathit{AsO}}_3^{3-})$ 不再变化

d． $c(I^{-})=y\mathit{mol}\cdot L^{-1}$

② $t_m$ 时， $v_{正}$ __________ $v_{逆}$ （填"大于"、"小于"或"等于"）。

③ $t_m$ 时 $v_{逆}$ __________ $t_n$ 时 $v_{逆}$ （填"大于"、"小于"或"等于"），理由是__________。

④若平衡时溶液的 $\mathit{pH}=14$ ，则该反应的平衡常数K为__________。

$C{H}_4-C{O}_2$ 催化重整不仅可以得到合成气（CO和 $H_2$ ）。还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：

（1） $C{H}_4-C{O}_2$ 催化重整反应为： $C{H}_4\left(g\right)+C{O}_2\left(g\right)=2\mathit{CO}\left(g\right)+2H_2\left(g\right)$ 。

已知：

$C\left(s\right)+2H_2\left(g\right)=C{H}_4\left(g\right)$ $△H=-75\mathit{kJ}\cdot \mathit{mo}{l}^{-1}$

$C\left(s\right)+O_2\left(g\right)=C{O}_2\left(g\right)$ $△H=-394\mathit{kJ}\cdot \mathit{mo}{l}^{-1}$

$C\left(s\right)+\frac{1}{2}{O}_2\left(g\right)=\mathit{CO}\left(g\right)$ $△H=-111\mathit{kJ}\cdot \mathit{mo}{l}^{-1}$

该催化重整反应的 $△H=$ ________ $\mathit{kJ}\cdot \mathit{mo}{l}^{-1}$ 。有利于提高 $C{H}_4$ 平衡转化率的条件是________（填标号）。

A.高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压

某温度下，在体积为2L的容器中加入 $2\mathit{molC}{H}_4\cdot 1\mathit{molC}{O}_2$ 以及催化剂进行重整反应。达到平衡时 $C{O}_2$ 的转化率是50%，其平衡常数为________ $\mathit{mo}{l}^2\cdot L^{-2}$ 。

（2）反中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：

		积碳反应 $C{H}_4\left(g\right)=C\left(s\right)+2H_2\left(g\right)$	消碳反应 $C{O}_2\left(g\right)+C\left(s\right)=2\mathit{CO}\left(g\right)$
$\mathit{\Delta HJ}(\mathit{KJ}\cdot \mathit{mo}{l}^{-1})$		75	172
活化能/     $(\mathit{KJ}\cdot \mathit{mo}{l}^{-1})$	催化剂X	33	91
	催化剂Y	43	72

①由上表判断,催化剂X________Y(填"优于或劣于"),理由是________.在反应进料气组成,压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如右图所示,升高温度时,下列关于积碳反应,消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)

A．	$K_{积}$ 、 $K_{消}$ 均增加
B．	$V_{积}$ 减小、 $V_{消}$ 增加
C．	$K_{积}$ 减小、 $K_{消}$ 增加
D．	$v_{消}$ 增加的倍数比 $V_{积}$ 增加的倍数大

②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为 $v=k·p\left(C{H}_4\right)·{\left[p\right(C{O}_2\left)\right]}^{-0.5}$ (k为速率常数)。在 $p\left(C{H}_4\right)$ 一定时,不同 $P\left(C{O}_2\right)$ 下积碳量随时间的变化趋势如右图所示,则 $P_a\left(C{O}_2\right)$ 、 $P_b\left(C{O}_2\right)$ 、 $P_c\left(C{O}_2\right)$ 从大到小的顺序为________