Question

【題目】碳和碳的化合物在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)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(chǎn)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(xué)方程式____________________________________________。

(2)氫氣、甲烷、甲醇是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池。

某同學(xué)利用甲烷燃料電池設(shè)計(jì)了一種電解法制取Fe(OH)2的實(shí)驗(yàn)裝置(如下圖所示)，通電后，溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀，且較長(zhǎng)時(shí)間不變色。下列說(shuō)法中正確的是___________(填序號(hào))

A．電源中的a一定為正極，b一定為負(fù)極

B．不能用NaCl溶液作為電解液

C．A、B兩端都必須用鐵作電極

D．陰極發(fā)生的反應(yīng)是：2H++ 2e－= H2↑

(3)生產(chǎn)甲醇的原料CO和H2來(lái)源于：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

①一定條件下CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖，則Pl_________P2；A、B、C三點(diǎn)處對(duì)應(yīng)平衡常數(shù)(KA、KB、KC)的大小順序?yàn)?/span>___________(填“＜”、“＞”“=”)

②100℃時(shí)，將1mol CH4和2mol H2O通入容積為10L的反應(yīng)室，反應(yīng)達(dá)平衡的標(biāo)志是：_______

a．容器的壓強(qiáng)恒定

b．單位時(shí)間內(nèi)消耗0.1mol CH4同時(shí)生成0.3mol H2

c．容器內(nèi)氣體密度恒定

d．3v(CH4)=v(H2)

e. 容器內(nèi)氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量恒定

③如果將1mol CH4和2mol H2O通入容積為10L的反應(yīng)室達(dá)到平衡時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率為50%，則100℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___________。

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

(5)某實(shí)驗(yàn)小組利用CO(g)、O2(g)、KOH(aq)設(shè)計(jì)成如圖所示的電池裝置，

①負(fù)極的電極反應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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 AD ＜ KC＞KB＞KA ae 2.25×10-2(mol/L)2 ＞ CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O 13

【解析】

（1）甲烷完全燃燒生成二氧化碳?xì)怏w和液態(tài)水，所以甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式中甲烷的物質(zhì)的量是1mol，將①②相加除以2可得反應(yīng)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) △H=（△H1+△H2）=-890kJ．mol-1，答案為CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) △H=-890kJ．mol-1；

（2）A、電解過(guò)程中兩極分別是H+和Fe放電生成氫氣和亞鐵離子，通電后，溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀，且較長(zhǎng)時(shí)間不變色，則當(dāng)A電極用鐵作陽(yáng)極時(shí)，產(chǎn)生的沉淀下沉不會(huì)影響陽(yáng)極的電極反應(yīng)，從而可以產(chǎn)生大量的沉淀，所以a為正極，b為負(fù)極，B端生成氫氣可以保護(hù)沉淀、防止沉淀被氧化，選項(xiàng)A正確；

B、在裝置中鐵一定作陽(yáng)極，所以氯化鈉溶液是電解質(zhì)溶液，不影響陽(yáng)極Fe放電生成亞鐵離子，陰極H+放電生成氫氣，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；

C、裝置中鐵一定作陽(yáng)極，陰極可以是鐵，也可以是其他惰性電極，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；

D、陰極H+放電生成氫氣，選項(xiàng)D正確。

答案選AD；

（3）①根據(jù)一定條件下CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系圖知道，溫度不變，則增大壓強(qiáng)，平衡CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）逆向移動(dòng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小，所以Pl<P2，壓強(qiáng)不變升高溫度，甲烷的轉(zhuǎn)化率會(huì)增大，平衡正向進(jìn)行，所以反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度越高，K越大，A、B、C三點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的溫度是逐漸升高的，所以平衡常數(shù)（KA、KB、KC）的大小順序?yàn)?/span>KC>KB>KA；

②a．反應(yīng)是前后系數(shù)和變化的反應(yīng)，當(dāng)容器的壓強(qiáng)恒定，則達(dá)到了平衡，故正確；

b．單位時(shí)間內(nèi)消耗0.1mol CH4同時(shí)生成0.3molH2，只能說(shuō)明正反應(yīng)速率，不能證明正逆反應(yīng)速率相等，不一定平衡，故錯(cuò)誤；

c．容器內(nèi)氣體密度=，質(zhì)量是守恒的，V是不變的，所以密度始終不變，當(dāng)密度不變時(shí)，不一定平衡，故錯(cuò)誤；

d．3v正（CH4）=v逆（H2），沒(méi)有說(shuō)明是正反應(yīng)速率還是逆反應(yīng)速率，能體現(xiàn)v（正）=v（逆），應(yīng)為3v正（CH4）=v逆（H2）才可行，故錯(cuò)誤；

e. 反應(yīng)是前后系數(shù)和變化的反應(yīng)，容器內(nèi)氣體質(zhì)量恒定，氣體總物質(zhì)的量在變，則平均相對(duì)分子質(zhì)量恒定時(shí)則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；

故選ae；

CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）

初始濃度：0.1 0.2 0 0

變化濃度：0.05 0.05 0.05 0.15

平衡濃度：0.05 0.15 0.05 0.15

所以平衡常數(shù)K==2.25×10-2（mol/L）2；

(4)已知2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)△H=-akJmol-1(a＞0)，在一個(gè)容積固定的容器中加入2mol H2和1mol CO，在500℃時(shí)充分反應(yīng)，達(dá)平衡后CH3OH的濃度為W molL-1。反應(yīng)平衡后，若向原來(lái)容器中再加入2mol H2和1mol CO，500℃充分反應(yīng)再次達(dá)平衡后，假如平衡不移動(dòng)，容積不變，則CH3OH濃度等于2WmolL-1，但由于反應(yīng)為氣體體積縮小的反應(yīng)，則同等程度增大反應(yīng)物的濃度相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，甲醇的濃度增大，則大于2WmolL-1；

（5）在CO（g）、O2（g）、KOH（aq）設(shè)計(jì)成的燃料電池裝置中，CO發(fā)生氧化反應(yīng)，在負(fù)極失去電子堿性條件下生成碳酸根與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O，用該原電池做電源，常溫下，用惰性電極電解200mL飽和食鹽水（足量），當(dāng)消耗的標(biāo)準(zhǔn)狀況下的CO 224mL，即0.01mol時(shí)，轉(zhuǎn)移電子是0.02mol，根據(jù)電解氯化鈉的反應(yīng)方程式：2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子是0.02mol時(shí)，生成氫氧化鈉的物質(zhì)的量是0.02mol，所以氫氧化鈉濃度是=0.1mol/L，即pH=13。