Question

12．開發(fā)新能源，使用清潔燃料，可以達(dá)到減少污染的目的．
（1）由C、H、O三種元素中的兩種和三種分別組成的燃料物質(zhì)甲和乙，其分子中均有氧，且1個(gè)乙分子中含有18個(gè)電子，則甲和乙分別是CO、CH₃OH．乙是一種清潔燃料，工業(yè)上可用甲和氫氣反應(yīng)制得．
①T₁溫度時(shí)，在體積為2L的密閉容器中充入2mol甲和6mol H₂，反應(yīng)達(dá)到平衡后，測得c（甲）=0.2mol/L，則乙在平衡混合物中的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是0.33．（保留兩位有效數(shù)字）
②升高溫度到T₂時(shí)，反應(yīng)的平衡常數(shù)為1，下列措施可以提高甲的轉(zhuǎn)化率的是C（填字母）．
A．加入2mol甲     B．充入氮?dú)?nbsp;    C．分離出乙     D．升高溫度
（2）甲烷也是一種清潔燃料，但不完全燃燒時(shí)熱效率降低并會產(chǎn)生有毒氣體造成污染．已知：
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
則甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水時(shí)的熱效率是完全燃燒時(shí)的0.7倍（計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù)）．
（3）甲烷燃料電池可以提升能量利用率．右圖是利用甲烷燃料電池電解50mL 2mol/L的氯化銅溶液的裝置示意圖（O^2-可以在固態(tài)電解質(zhì)中自由移動(dòng)）．請回答：
①甲烷燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式是CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂+2H₂O．
②當(dāng)線路中有0.1mol電子通過時(shí)，b（填“a”或“b”）極增重3.2g．

Answer 1

分析 （1）由C、H、O三種元素中的兩種和三種分別組成的燃料物質(zhì)甲和乙，其分子中均有氧，且1個(gè)乙分子中含有18個(gè)電子，則甲為CO、乙為CH₃OH．
①反應(yīng)達(dá)到平衡后，測得c（甲）=0.2mol/L，CO為2L×0.2mol/L=0.4mol，則：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：2     6         0
轉(zhuǎn)化量（mol）：1.6   3.2       1.6
平衡量（mol）：0.4   2.8       1.6
甲醇物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)=$\frac{甲醇物質(zhì)的量}{混合氣體總物質(zhì)的量}$；
②溫度T₁時(shí)平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{1.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×（\frac{2.8}{2}）^{2}}$=2.04，升高溫度到T₂時(shí)，反應(yīng)的平衡常數(shù)為1，平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)．
A．加入2mol甲，甲的轉(zhuǎn)化率降低；
B．恒溫恒容下，充入氮?dú)�，平衡不移�?dòng)；
C．分離出乙，平衡正向移動(dòng)；
D．升高溫度平衡逆向移動(dòng)；
（2）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①×2-②得到：2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-1214.6kJ/mol，
再計(jì)算1mol甲烷不完全燃燒、完全燃燒發(fā)生熱量，可得熱效率關(guān)系；
（3）①負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷在負(fù)極失去電子，與通過固體電解質(zhì)的氧離子結(jié)合生成二氧化碳與水；
②B為電解池，銅離子發(fā)生還原反應(yīng)，在陰極上析出，該極連接原電池的負(fù)極，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子計(jì)算生成Cu的物質(zhì)的量，再根據(jù)m=nM計(jì)算生成Cu的質(zhì)量．

解答 解：（1）由C、H、O三種元素中的兩種和三種分別組成的燃料物質(zhì)甲和乙，其分子中均有氧，且1個(gè)乙分子中含有18個(gè)電子，則甲為CO、乙為CH₃OH，故答案為：CO、CH₃OH；
①反應(yīng)達(dá)到平衡后，測得c（甲）=0.2mol/L，CO為2L×0.2mol/L=0.4mol，則：
           CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：2    6       0
轉(zhuǎn)化量（mol）：1.6   3.2    1.6
平衡量（mol）：0.4   2.8    1.6
甲醇物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)=$\frac{1.6mol}{4.8mol}$=0.33，故答案為：0.33；
②溫度T₁時(shí)平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{1.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×（\frac{2.8}{2}）^{2}}$=2.04，升高溫度到T₂時(shí)，反應(yīng)的平衡常數(shù)為1，平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)．
A．加入2molCO，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故A錯(cuò)誤；
B．恒溫恒容下，充入氮?dú)猓�各組分濃度不變，平衡不移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率不變，故B錯(cuò)誤；
C．分離出乙，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．升高溫度平衡逆向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減小，故D錯(cuò)誤，
故選：C；
（2）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①×2-②得到：2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-1214.6kJ/mol，
1mol甲烷不完全燃燒的熱效率是完全燃燒的$\frac{\frac{1214.6kJ}{2}}{890.3kJ}$=0.7倍，
故答案為：0.7；
（3）①負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷在負(fù)極失去電子，與通過固體電解質(zhì)的氧離子結(jié)合生成二氧化碳與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂+2H₂O，故答案為：CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂+2H₂O；
②B為電解池，銅離子發(fā)生還原反應(yīng)，在陰極析出，該極連接原電池的負(fù)極，故在b電極析出Cu，b電極的質(zhì)量增重，轉(zhuǎn)移0.1mol電子，析出銅的物質(zhì)的量為$\frac{0.1mol}{2}$=0.05mol，故析出銅的質(zhì)量為0.05mol×64g/mol=3.2g，
故答案為：b； 3.2．

點(diǎn)評 本題比較綜合，涉及化學(xué)平衡計(jì)算、蓋斯定律應(yīng)用、電化學(xué)基礎(chǔ)等，注意電化學(xué)計(jì)算中電子轉(zhuǎn)移守恒應(yīng)用，難度中等．