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)氫氣、甲烷、甲醇是優質的清潔燃料，可制作燃料電池。

某同學利用甲烷燃料電池設計了一種電解法制取Fe(OH)2的實驗裝置(如下圖所示)，通電后，溶液中產生大量的白色沉淀，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．陰極發生的反應是：2H++ 2e－= H2↑

(3)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(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如果將1mol CH4和2mol H2O通入容積為10L的反應室達到平衡時CH4的轉化率為50%，則100℃時該反應的平衡常數K=___________。

(4)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“=”)。

(5)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 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氣體和液態水，所以甲烷燃燒熱的熱化學方程式中甲烷的物質的量是1mol，將①②相加除以2可得反應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，溶液中產生大量的白色沉淀，且較長時間不變色，則當A電極用鐵作陽極時，產生的沉淀下沉不會影響陽極的電極反應，從而可以產生大量的沉淀，所以a為正極，b為負極，B端生成氫氣可以保護沉淀、防止沉淀被氧化，選項A正確；

B、在裝置中鐵一定作陽極，所以氯化鈉溶液是電解質溶液，不影響陽極Fe放電生成亞鐵離子，陰極H+放電生成氫氣，選項B錯誤；

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，選項C錯誤；

D、陰極H+放電生成氫氣，選項D正確。

答案選AD；

（3）①根據一定條件下CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系圖知道，溫度不變，則增大壓強，平衡CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）逆向移動，甲烷的轉化率減小，所以Pl<P2，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，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（KA、KB、KC）的大小順序為KC>KB>KA；

②a．反應是前后系數和變化的反應，當容器的壓強恒定，則達到了平衡，故正確；

b．單位時間內消耗0.1mol CH4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，故錯誤；

c．容器內氣體密度=，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，故錯誤；

d．3v正（CH4）=v逆（H2），沒有說明是正反應速率還是逆反應速率，能體現v（正）=v（逆），應為3v正（CH4）=v逆（H2）才可行，故錯誤；

e. 反應是前后系數和變化的反應，容器內氣體質量恒定，氣體總物質的量在變，則平均相對分子質量恒定時則反應達到平衡狀態，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，假如平衡不移動，容積不變，則CH3OH濃度等于2WmolL-1，但由于反應為氣體體積縮小的反應，則同等程度增大反應物的濃度相當于增大壓強，平衡正向移動，甲醇的濃度增大，則大于2WmolL-1；

（5）在CO（g）、O2（g）、KOH（aq）設計成的燃料電池裝置中，CO發生氧化反應，在負極失去電子堿性條件下生成碳酸根與水，負極電極反應式為：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），當消耗的標準狀況下的CO 224mL，即0.01mol時，轉移電子是0.02mol，根據電解氯化鈉的反應方程式：2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑，當轉移電子是0.02mol時，生成氫氧化鈉的物質的量是0.02mol，所以氫氧化鈉濃度是=0.1mol/L，即pH=13。