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）△H1=-1214kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=-566 kJ/mol

則表示甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式____________________________________。

(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(gòu)成甲烷燃料電池。其負(fù)極電極反應(yīng)式是：_____________________________。

（3）某同學(xué)利用甲烷燃料電池設(shè)計了一種電解法制取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，且較長時間不變色。下列說法中正確的是______（填序號）

A．電源中的a一定為正極，b一定為負(fù)極

B．可以用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↑

（4）將不同量的CO（g）和H2O（g）分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)：

CO（g）+H2O（g）===CO2（g）+H2（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	達(dá)到平衡所需時間/min
		H2O	CO	CO2
1	650	2	4	1.6	5
2	900	1	2	0.4	3
3	900	1	2	0.4	1

①實(shí)驗(yàn)1中，以v (H2)表示的平均反應(yīng)速率為______________。

②實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，改變的條件可能是_________________（答一種情況即可）。

Answer 1

【答案】CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l） △H1=-890KJmol-1 CH4-8e-+ 10 OH-=CO32-+ 7H2O B、D 0.16mol/(L·min) 使用催化劑 增大壓強(qiáng)（任答一種）

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)并進(jìn)行相應(yīng)的加減，據(jù)此計算；

（2）①根據(jù)CH4和O2構(gòu)成燃料電池，甲烷在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性環(huán)境下生成CO32-；

（3）A、B端析出氫氣可驅(qū)趕原溶液中溶解的少量氧氣；

B、電解液選用NaCl溶液不影響實(shí)驗(yàn)，因?yàn)殛枠O是鐵失電子生成亞鐵離子，溶液中的陰離子不放電；

C、陽極應(yīng)該用鐵電極，陰極用惰性電極亦可；

D、B電極反應(yīng)是陰極氫離子放電生成氫氣；

（4）①根據(jù)圖表數(shù)據(jù)，CO2的濃度增加0.8mol/L，所以氫氣濃度也增加0.8mol/L，v (H2)= 進(jìn)行計算；

②實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，溫度相同，濃度相同，但實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡所用時間少，反應(yīng)速率更大，平衡不移動，可以使用催化劑或增大壓強(qiáng)等。

（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：CH4（g）+2O2（g）CO2（g）+2H2O（l） △H1=-890KJmol-1；

答案是：CH4（g）+2O2（g）CO2（g）+2H2O（l） △H1=-890KJ．mol-1

（2）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，所以甲烷在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)合電解質(zhì)溶液，負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH4- 8e-+ 10 OH-CO32-+ 7H2O；

（3）A、電解過程中兩極分別是H+和Fe放電生成氫氣和亞鐵離子，所以兩極哪端都可以生成氫氣，a不一定為正極，b不一定為負(fù)極，但a為正極，b為負(fù)極，效果較好，錯誤；B、在裝置中鐵一定作陽極，所以氯化鈉溶液是電解質(zhì)溶液，不影響陽極Fe放電生成亞鐵離子，陰極H+放電生成氫氣，正確；

C、裝置中鐵一定作陽極，陰極可以是鐵，也可以是其他惰性電極，錯誤；

D、陰極H+放電生成氫氣，正確；

答案選BD。

（4）①實(shí)驗(yàn)1中，CO2的濃度增加0．8mol/L，所以氫氣濃度也增加0.8mol/L，v (H2)= =0.16mol/(L·min)；

②實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，到達(dá)平衡時間縮短，說明反應(yīng)速率加快，反應(yīng)溫度、各物質(zhì)的物質(zhì)的量均未變，所以可能是使用了催化劑或增大壓強(qiáng)。