Question

14．天然氣在生產(chǎn)、生活中具有廣泛的應(yīng)用．
（1）CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1．其他條件相同，實(shí)驗(yàn)測(cè)得在T₁和P_l與T₂和P₂條件下該反應(yīng)的H₂平衡轉(zhuǎn)化率相同，若T₁＞T₂、則P_l＞P₂ （填“＞”“＜”或“=”），平衡常數(shù)K_1＜K₂（填“＞”“＜”或“=”）．
（2）另一合成CH₄的原理：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）．某溫度時(shí)將0.1molCO和0.3mol H₂充入10L的密閉容器內(nèi)，l0min時(shí)達(dá)平衡．測(cè)得10min內(nèi)v（CO）=0.0009mol•L^-1•min^-1，則H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為90%，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為3×10⁶mol^-2•L²．
（3）某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)甲烷燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如圖所示的裝置．已知甲池的總反應(yīng)式為    CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，乙池中盛有1L lmo1•L^-1CuSO₄溶液．a(chǎn)電極通入的氣體為CH₄，其電極反應(yīng)式是CH₄-8e^-+10OH^-═7H₂O+CO₃^2-，b電極的現(xiàn)象為有紅色的物質(zhì)析出．一段時(shí)間內(nèi)乙池中溶液的pH由2變?yōu)?，則在這段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.09mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1，則該反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，所以升溫向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，而加壓則向正反應(yīng)方向進(jìn)行，平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，據(jù)此分析；
（2）根據(jù)10min內(nèi)v（CO）=0.0009mol•L^-1•min^-1計(jì)算反應(yīng)消耗的CO的物質(zhì)的量，再利用三段式，結(jié)合轉(zhuǎn)化率=$\frac{轉(zhuǎn)化量}{起始量}$計(jì)算一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，K=$\frac{c（CH{\;}_{4}）c（H{\;}_{2}O）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}}$進(jìn)行計(jì)算平衡常數(shù)；
（3）甲池能自發(fā)的進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，為原電池，a電極通入的氣體為CH₄是負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-═7H₂O+CO₃^2-，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；乙池為電解池，與a電極相連的b電極是陰極，陰極上銅離子放電析出銅單質(zhì)，乙池中陽(yáng)極上氫氧根離子放電，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等計(jì)算轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）因?yàn)镃O₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1，則該反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，所以升溫向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，加壓則向正反應(yīng)方向進(jìn)行，而實(shí)驗(yàn)測(cè)得在T₁和P_l與T₂和P₂條件下該反應(yīng)的H₂平衡轉(zhuǎn)化率相同，若T₁＞T₂，所以P_l＞P₂；
又平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，升溫又向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，所以溫度高平衡常數(shù)反而小，則平衡常數(shù)K₁ ＜K₂；故答案為：＞；＜；
（2）因?yàn)?0min內(nèi)v（CO）=0.0009mol•L^-1•min^-1，所以10min內(nèi)消耗CO的物質(zhì)的量為0.0009mol•L^-1•min^-1×10L×10min=0.09mol，
則有    CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）
開始0.1mol     0.3mol      0       0
轉(zhuǎn)化0.09mol    0.27mol   0.09mol    0.09mol
平衡0.01mol    0.03mol   0.09mol    0.09mol
所以CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{轉(zhuǎn)化量}{起始量}$×100%=$\frac{0.09}{0.1}$×100%=90%；
K=$\frac{c（CH{\;}_{4}）c（H{\;}_{2}O）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}}$=$\frac{\frac{0.09}{10}×\frac{0.09}{10}}{\frac{0.01}{10}×（\frac{0.03}{10}）{\;}^{3}}$=3×10⁶；故答案為：90%；3×10⁶；
（3）甲池能自發(fā)的進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，為原電池，a電極通入的氣體為CH₄是負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-═7H₂O+CO₃^2-，乙池為電解池，與a電極相連的b電極是陰極，陰極上銅離子放電析出銅單質(zhì)，現(xiàn)象為有紅色的物質(zhì)析出；
一段時(shí)間內(nèi)乙池中溶液的pH由2變?yōu)?，則氫離子濃度增加0.1mol/L-0.01mol/L=0.09mol/L，所以增加氫離子物質(zhì)的量為0.09mol/L×1L=0.09mol，則陽(yáng)極消耗氫氧根物質(zhì)的量為0.09mol，則根據(jù)乙池中陽(yáng)極上氫氧根離子放電生成氧氣，反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，所以這段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.09mol；
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-═7H₂O+CO₃^2-；有紅色的物質(zhì)析出；0.09．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析，平衡計(jì)算以及原電池和電解池原理，正確判斷原電池和電解池是解本題關(guān)鍵，再結(jié)合各個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)來(lái)分析解答，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，題目難度中等．