Question

【題目】碳和碳的化合物在生產、生活中的應用非常廣泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一種理想，更是一種值得期待的新的生活方式。

(1)甲烷燃燒放出大量的熱，可作為能源用于人類的生產和生活。

已知：①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l) △H=—1214 kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H= —566kJ/mol

則表示甲烷燃燒熱的熱化學方程式_______________________。

(2)生產甲醇的原料CO和H2來源于：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

①一定條件下CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖，則Pl_______P2；A、B、C三點處對應平衡常數(shù)(KA、KB、KC)的大小順序為___________(填“＜”、“＞”“=”)。

②100℃時，將1mol CH4和2mol H2O通入容積為10L的反應室，反應達平衡的標志是：_______。

a．容器的壓強恒定

b．單位時間內消耗0.1mol CH4同時生成0.3mol H2

c．容器內氣體密度恒定

d．3v(CH4)=v(H2)

e. 容器內氣體平均相對分子質量恒定

(3)已知2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)△H=-akJmol-1(a＞0)，在一個容積固定的容器中加入2mol H2和1mol CO，在500℃時充分反應，達平衡后CH3OH的濃度為W molL-1。反應平衡后，若向原來容器中再加入2mol H2和1mol CO，500℃充分反應再次達平衡后，則CH3OH濃度___________2WmolL-1(填“＞”、“＜”或“=”)。

(4)某實驗小組利用CO(g)、O2(g)、KOH(aq)設計成如圖所示的電池裝置，

①負極的電極反應式為___________。

②用該原電池做電源，用惰性電極電解200mL飽和食鹽水(足量)，消耗標準狀況下的CO 224mL，則溶液的pH=___________。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l) △H=-890kJ·mol-1 ＜ KC＞KB＞KA ae ＞ CO-2e-+4OH-＝CO32-+2H2O 13

【解析】

(1)根據已知：①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l) △H=—1214 kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H= —566kJ/mol

依據蓋斯定律①+② 2CH4(g)+4O2(g)＝2CO2(g)+4H2O(l) △H=-1780kJ·mol-1，則表示甲烷燃燒熱的熱化學方程式CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l) △H=-890kJ·mol-1；

(2)①在相同溫度下CH4的轉化率在P1時比P2的高，根據反應方程式CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)可知，增大壓強，平衡逆向移動，CH4的轉化率降低，所以溫度一定時P1＜P2；平衡常數(shù)只受溫度影響，壓強不變升高溫度，甲烷的轉化率會增大，平衡正向進行，所以反應是吸熱反應，所以溫度越高，K越大，A、B、C三點處對應的溫度是逐漸升高的，所以平衡常數(shù)KC＞KB＞KA；

②a. CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)可知，該反應為氣體體積增大的反應，壓強為變量，當容器的壓強恒定，說明正逆反應速率相等，達到平衡狀態(tài)，故a正確；

b.單位時間內消耗0.1molCH4同時生成0.3molH2，只能說明正反應速率,不能證明正逆反應速率相等，不一定平衡，故b錯誤；

c.容器內氣體密度p=，質量是守恒的，V是不變的，所以密度始終不變，當密度不變時，不一定平衡，故c錯誤；

d.3v(CH4)=c(H2)，沒有指出正逆反應速率，無法判斷是否達到平衡狀態(tài)，故d錯誤；

e.該反應前后都是氣體，且氣體總物質的量為變量，則混合氣體的平均摩爾質量為變量，當容器內氣體平均相對分子質量恒定時，表明達到平衡狀態(tài)，故e正確；

故答案為：ae；

(3)已知2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)△H=-akJmol-1(a＞0)在一個容積固定的容器中加入2molH2和1molCO，在500℃時充分反應,達平衡后CH3OH的濃度為W mol·L-1，反應平衡后，若向原來容器中再加入2molH2和1molCO，假如平衡不移動，則平衡時CH3OH濃度為2W mol·L-1，由于增大了壓強，平衡向著正向移動，甲醇濃度增大，則再次達平衡后，則CH3OH濃度大于2W mol·L-1，所以答案：＞；

(4)由圖可知為CO的燃料電池，電解質溶液為KOH(aq)，負極CO發(fā)生氧化反應，失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，負極反應式為CO-2e-+4OH-＝CO32-+2H2O；

②消耗標準狀況下的CO的體積為224mL，則CO的物質的量為n=0.224L÷22.4L/mol＝0.01mol，根據負極反應式CO-2e-+4OH-＝CO32-+2H2O知，轉移電子為0.02mol，電解飽和食鹽水的離子方程式為2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-，由電子守恒可知，生成的氫氧根離子的物質的量為0.02mol，則c(OH-)=0.1mol/L，pH=13。