Question

（Ⅰ）碳和碳的化合物在人類生產(chǎn)、生活中的應用非常廣泛．“低碳生活”不再只是一種理想，更是一種值得期待的生活方式．
（1）甲烷燃燒時放出大量的熱，可作為能源應用于人類的生產(chǎn)和生活．
已知：①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（1）；△H₁=-1214.6kJ/mol；
     ②2CO（g）+O₂（g）═CO₂（g）；△H₂=-566kJ/mol
則反應CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（1）的△H=

 

（2）CO的中毒是由于CO與血液中血紅蛋白的血紅素部分反應生成碳氧血紅蛋白，反應方程式可表示為：
CO+Hb?O₂?O₂+Hb?CO．實驗表明，c（Hb?CO）即使只有c（Hb?O₂）的 

1

50

，也可造成人的智力損傷．已知t℃時上述反應的平衡常數(shù)K=200，吸入肺部O₂的濃度約為1.0×10^-2mol?L^-1，若使c（Hb?CO）小于c（Hb?O₂）的 

1

50

，則吸入肺部CO的濃度不能超過

 

 mol?L^-1．
（3）煤化工中常需研究不同溫度下平衡常數(shù)、投料比及產(chǎn)率等問題．
已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表，試回答下列問題

溫度/℃	400	500	830	1000
平衡常數(shù)K	10	9	1	0.6

①在830℃發(fā)生上述反應，以下表中的物質(zhì)的量投入恒容反應器，其中向正反應方向移動的有

 

（選填A、B、C、D）．

	A	B	C	D
n（CO2）	3	1	0	1
n（H2）	2	1	0	1
n（CO）	1	2	3	0.5
n（H2O）	5	2	3	2

②25℃時，將a mol NH₄NO₃溶于水，向該溶液中加入bL氨水后溶液呈中性，則所加氨水的濃度為

 

mol?L^-1（用含a、b的代數(shù)式表示，NH₃?H₂O的電離平衡常數(shù)為K_b=2×10^-5）
（4）將燃煤廢氣中的CO₂轉(zhuǎn)化為甲醚的反應原理為：
2CO₂（g）+6H₂（g）

催化劑

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知一定壓強下，該反應在不同溫度、不同投料比時，CO₂的轉(zhuǎn)化率見下表：

投料比[ n(H2) n(CO2) ]	500K	600K	700K	800K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

①該反應的焓變△H

 

0，熵變△S

 

0（填＞、＜或=）．
②用甲醚作為燃料電池原料，在堿性介質(zhì)中該電池負極的電極反應式

 

．若以4.48L?min^-1（標準狀況）的速率向該電池中通入甲醚（沸點為-24.9℃），用該電池電解100mL 2mol?L^-1 CuSO₄溶液，通電0.5min后，理論上可析出金屬銅

 

g．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,反應熱和焓變,熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡建立的過程

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)K=

c(O2)c(Hb?CO)

c(CO)c(Hb?O2)

=200代入公式計算；
（3）①在830℃，K=1，c（CO₂）?c（H₂）=c（CO）?c（H₂O），在同一容器中，n（CO₂）?n（H₂）=n（CO）?n（H₂O），根據(jù)乘積的比值判斷反應方向；
②寫出銨離子水解方程式，根據(jù)平衡移動原理判斷；根據(jù)氨水電離平衡常數(shù)表達式計算；
（4）①2CO₂（g）+6H₂（g）

催化劑

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），依據(jù)反應特征和圖表數(shù)據(jù)變化分析，隨溫度升高二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，酸鈉平衡逆向進行，正向是放熱反應，反應前后氣體體積減小，熵變△S＜0；
②甲醚作為燃料電池的原料．甲醚在負極失電子發(fā)生氧化反應，依據(jù)電極書寫方法寫出電極反應；甲醚燃料電池為原電池做電源電解硫酸銅溶液，鋅接原電池負極做陰極，依據(jù)電解原理，陽離子移向陰極，結(jié)合電極反應電子守恒計算．

解答： 解：（1）①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（1）△H₁=-1214.6kJ/mol，
②2CO（g）+O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-566kJ/mol，
由蓋斯定律（①+②）÷2得到反應的熱化學方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（1）△H=-890.3 kJ/mol，
故答案為：-890.3 kJ/mol；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)K=

c(O2)c(Hb?CO)

c(CO)c(Hb?O2)

=200，若使c（Hb?CO）小于c（Hb?O₂）的

1

50

，且吸入肺部O₂的濃度約為1.0×10^-2mol?L^-1，則有

c(O2)

c(CO)

＞200×50，則吸入肺部CO的濃度不能超過

1.0×10-2mol/L

10000

=1.0×10^-6mol?L^-1，
故答案為：1.0×10^-6；
（3）①由于在830℃，c（CO₂）?c（H₂）=c（CO）?c（H₂O），因為在同一容器中，所以n（CO₂）?n（H₂）=n（CO）?n（H₂O），反應向著正向移動，必須滿足n（CO₂）?n（H₂）＜n（CO）?n（H₂O），滿足關系的有
A、5×1＜2×3，反應向著逆向移動，故A錯誤；
B、2×2＞1×1，反應向著正向移動，故B正確；
C、3×3＞0×0，反應向著正向移動，故C正確；
D、2×0.5=1×1，達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故選B、C；
②25℃時，將a mol NH₄NO₃溶于水，向該溶液中加入bL氨水后溶液呈中性，（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液中電荷守恒得到，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-），n（NH₄⁺）=n（NO₃^-）=amol，設混合后溶液體積為1L，（NH₄⁺）=c（NO₃^-）=amol/L；根據(jù)一水合氨電離平衡得到：NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-，氨水電離平衡常數(shù)表達式：K_b=2×10^-5 mol?L^-1=

c(NH4+)c(OH-)

c(NH3?H2O)

=

amol/L×10-7mol/L

bL×c(NH3?H2O)

=2×10^-5 mol?L^-1，計算得到c（NH₃?H₂O）=

a

200b

mol/L，
故答案為：

a

200b

；
（4）①依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進行，正反應為放熱反應，△H＜0，反應前后氣體體積減小，熵變△S＜0；
故答案為：＜；＜；
②若用甲醚作為燃料電池的原料，甲醚在負極失電子反應氧化反應，在堿性介質(zhì)中電池負極的電極反應式：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
甲醚燃料電池設計如圖所示的裝置，甲醚燃料電池為原電池做電源電解硫酸銅溶液，陰極電極反應為Cu²⁺+2e^-=Cu，通入甲醚（沸點為-24.9℃）的速率為4.48L?min^-1（標準狀況），則通電0.5min后消耗甲醚的物質(zhì)的量是2.24L即0.1mol，根據(jù)反應CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，這些甲醚伴隨著1.2mol電子轉(zhuǎn)移，陰極電極反應為Cu²⁺+2e^-=Cu，當轉(zhuǎn)移電子1.2mol時，析出金屬銅的物質(zhì)的量是0.6mol，用該電池電解100mL 2mol?L^-1 CuSO₄溶液，銅離子全部析出物質(zhì)的量為0.1L×2mol/L=0.2mol，依據(jù)電子守恒可知，溶液中銅離子全部析出，質(zhì)量是0.2mol×64g/mol=12.8g，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；12.8．

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡常數(shù)的影響因素判斷，原電池、電解池的電極反應書寫，原理應用和電子守恒計算，題目難度中等．