Question

（Ⅰ）碳和碳的化合物在人類生產、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和生活． 
已知
①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）△H₁=-1214.6KJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566kJ/mol，則反應CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）的△H=

 

．
（2）將兩個石墨電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH₄和O₂，構成甲烷燃料電池．
其負極電極反應式是：

 

．
（3）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所 需時間/min
		H2O	CO	CO2	CO
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實驗1中，以v（ H₂）表示的平均反應速率為：

 

．
②該反應的正反應為

 

 （填“吸”或“放”）熱反應；
③若要實驗3達到與實驗2相同的平衡狀態(tài)（即各物質的體積分數分別相等），則a、b應滿足的關系是

 

（用含a、b的數學式表示）．
（Ⅱ）某小組運用工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的原理，用如下圖所示裝置電解K₂SO₄溶液．
①該電解槽中通過陰離子交換膜的離子數

 

（填“＞”“＜”或“一”）通過陽離子交換膜的離子數；
②圖中a、b、c、d分別表示有關溶液的pH，則a、b、c、d由小到大的順序為

 

；
③電解一段時間后，B出口與C出口產生氣體的質量比為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,反應速率的定量表示方法,化學平衡的影響因素,電解原理

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（Ⅰ）（1）根據蓋斯定律，通過已知方程式的變形求出目標方程式的熱化學方程式；
（2）先寫出燃料電池的總方程式，再寫出正極的電極反應式，做差求出負極的電極反應式；
（3）①根據表中給出的數據可以求出v（CO）表示的平均反應速率，然后根據反應速率之比等于計量系數之比，求v（ H₂）表示的平均反應速率；
②通過表中兩組數據求出不同溫度下轉化率，比較改變溫度時轉化率的變化判斷化學平衡移動的方向，判斷反應的熱效應；
③根據等效平衡原理解答；
（Ⅱ）①依據電解池工作原理：陽電極反應式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，由于在陰極放電的是H⁺，其中透過陽離子交換膜的H⁺數與透過陰離子交換膜的OH^-數相等，根據溶液呈電中性知，透過陽離子交換膜的K⁺數大于透過陰離子交換膜的SO₄^2-數；
②因為電解后生成的硫酸和氫氧化鉀濃度大，故b＜a、c＜d，結合堿溶液pH值大于酸溶液pH值，可得b＜a＜c＜d；
③根據電解原理知：B出口產生的是氧氣，C出口產生的是氫氣，根據得失電子守恒，求出二者物質的量之比，然后轉化為質量之比．

解答： 解：（Ⅰ）（1）①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）△H₁=-1214.6KJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566kJ/mol，
 根據蓋斯定律

①-②

2

得CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=

△H1-△H2

2

=-890.3 kJ/mol，
故答案為：-890.3 kJ/mol；
（2）燃料電池的總反應式：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O；
正極的電極反應式：2O₂+8e^-+4H₂O=8OH^-；
用總電池反應式減去正極電極反應式得負極電極反應式：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
（3）①根據表中數據可知：反應前CO的濃度C（CO）=

n

V

=2mol/L，5min后濃度C（CO）′=

n

V

=1.2mol/L，則V（CO）=

△C

△t

=0.16 mol?L^-1?min^-1，根據同一反應用不同物質表示的速率之比等于方程式中各物質的計量系數之比得：V（CO）：V（H2）=1；1，所以   以v（ H₂）表示的平均反應速為：0.16 mol?L^-1?min^-1 ，
故答案為：0.16 mol?L^-1?min^-1；
②實驗1中CO的轉化率為：

(4-2.4)mol

4mol

×100%=40%，實驗2中CO的轉化率為：

(2-1.6)mol

2mol

×100%=20%，溫度升高，反應物轉化率降低，平衡向逆向移動，逆向為吸熱反應，所以正向為放熱反應，故答案為：放；
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反應特點：前后氣體系數相等，要想在恒溫恒容條件下建立等效平衡，只需各物質的物質的量之比應相等．
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
實驗2          1mol      2mol        0       0
實驗3           a           b        0        0         
所以只要當a：b=1：2時，實驗3達到與實驗2達到相同的平衡狀態(tài)，
故答案為：a：b=1：2；
（Ⅱ）①依據電解池工作原理：陽電極反應式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，陰極放電的是H⁺，透過陽離子交換膜的H⁺數與透過陰離子交換膜的OH^-數相等，因為溶液呈電中性，所以透過陽離子交換膜的K⁺數大于透過陰離子交換膜的SO₄^2-數，
故答案為：＜；
②因為電解后生成的硫酸和氫氧化鉀濃度大，故b＜a、c＜d，結合堿溶液pH值大于酸溶液pH值，可得b＜a＜c＜d，故答案為：b＜a＜c＜d；
③根據電解原理知：B出口產生的是氧氣，C出口產生的是氫氣，根據得失電子守恒，n（O₂）：n（H₂）=1：2，所以其質量之比為：8：1，故答案為：8：1．

點評：本題考查了蓋斯定律的計算應用，原電池電極反應的書寫方法，化學平衡的影響因素分析判斷，平衡常數計算應用，電解池的工作原理，題目綜合性強，難度中等．