Question

（2012?河西區(qū)一模）碳和碳的化合物在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用非常廣泛，此方面的科學(xué)研究為當(dāng)今提倡的“低碳生活方式”提供依據(jù)．請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)題：
（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）△H₁=-1214kJ/mol②2CO （g）+O₂ （g）=2CO₂ （g）△H₂=-566kJ/mol寫(xiě)出甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式：

CH₄ （g）+2O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂O （l）△H=-890kJ/mol

．
（2）甲烷燃料電池已得到廣泛使用．若在酸性介質(zhì)中，該電池工作時(shí)負(fù)極電極反應(yīng)式為

CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺

．某同學(xué)利用此甲烷燃料電池設(shè)計(jì)了一種電解法制取Fe（OH）₂的實(shí)驗(yàn)裝置如右圖所示．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．
①b端所用電極材料為

鐵

．
②寫(xiě)出一種適合該裝置的電解質(zhì)溶液的名稱：

NaCl溶液

③寫(xiě)出該裝置工作時(shí)的總反應(yīng)：

Fe+2H₂O

通電  .

Fe（OH）₂+H₂↑

．

（3）焦炭可以用于制取新型陶瓷材料氮化硅（Si₃N₄）．在1300～1700℃的氮?dú)饬髦蠸iO₂與焦炭發(fā)生如下反應(yīng)：3SiO₂ （s）+6C （s）+2N₂ （g）?Si₃N₄ （s）+6CO （g）
已知在容積不變的密閉容器中進(jìn)行該反應(yīng)，每轉(zhuǎn)移1mol eˉ放出132.6kJ的熱量．下列說(shuō)法正確的是

AB

．
A．該反應(yīng)的△H=-1591.2kJ/mol
B．當(dāng)焦炭質(zhì)量不再改變時(shí)，該反應(yīng)到達(dá)平衡
C．加入更多的SiO₂、充入N₂，平衡均不移動(dòng)
D．溫度控制在1300～17000℃是為了提高反應(yīng)速率，有利于平衡正向移動(dòng)
（4）某溫度下，在2L的密閉容器中，測(cè)得該反應(yīng)中N₂和CO各個(gè)時(shí)刻的物質(zhì)的量如下表所示．請(qǐng)計(jì)算：0～20min內(nèi)平均v（N₂）=

3.70×10² mol/（L?min）

；該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)的值K=

81.0

．

	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45
N2	8.00	7.40	7.00	6.72	6.52	6.36	6.20	6.00	6.00	6.00
CO	0.00	1.80	3.00	3.84	4.22	4.92	5.40

Answer 1

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（2）燃料電池中燃料在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)；
①依據(jù)裝置分析判斷生成氫氧化亞鐵的電極位置；
②電解原理的應(yīng)用；
③依據(jù)電極反應(yīng) 書(shū)寫(xiě)電池反應(yīng)；
（3）依據(jù)熱化學(xué)方程式反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移計(jì)算反應(yīng)的焓變，分析選項(xiàng)；
（4）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念計(jì)算，根據(jù)平衡常數(shù)列式計(jì)算．

解答：解：（1）：①2CH₄ （g）+3O₂ （g）=2CO （g）△H₁=-1214kJ/mol
②2CO （g）+O₂ （g）=2CO₂ （g）△H₂=-566kJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律①+②得到2CH₄ （g）+4O₂ （g）=2CO₂ （g）+4H₂O （l）△H=-1780kJ/mol；
即熱化學(xué)方程式 為：CH₄ （g）+2O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂O （l）△H=-890kJ/mol；
故答案為：CH₄ （g）+2O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂O （l）△H=-890kJ/mol；
（2）甲烷燃料電池中，燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化還原反應(yīng)電極反應(yīng)為：CH₄-8e-+2H₂O=CO₂+8H⁺，故答案為：CH₄-8e-+2H₂O=CO₂+8H⁺；
①b端為陽(yáng)極生成亞鐵離子，鐵做陽(yáng)極失電子生成亞鐵離子，和陰極氫離子放電生成氫氣，氫氧根離子增多，和亞鐵離子反應(yīng)生成氫氧化亞鐵，故答案為：鐵；
②電解質(zhì)溶液需要具備陽(yáng)離子放電能力小于氫離子即可，可以是氯化鈉溶液，故答案為：NaCl溶液；
③陽(yáng)極電極反應(yīng)為Fe-2e^-=Fe²⁺，陰極電極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，電池反應(yīng)為：Fe+2H₂O

通電  .

Fe（OH）₂+H₂↑，故答案為：Fe+2H₂O 

通電  .

Fe（OH）₂+H₂↑；
（3）3SiO₂ （s）+6C （s）+2N₂ （g）?Si₃N₄ （s）+6CO （g），每轉(zhuǎn)移1mol eˉ放出132.6kJ的熱量，化學(xué)方程式中電子轉(zhuǎn)移12mol，放熱1591.2KJ；
A、該反應(yīng)的△H=-1591.2kJ/mol，故A正確；
B、固體對(duì)平衡無(wú)影響，但當(dāng)焦炭質(zhì)量不再改變時(shí)，該反應(yīng)到達(dá)平衡，故B正確；
C、加入更多的SiO₂平衡不動(dòng)，充入N₂平衡正向進(jìn)行，故C錯(cuò)誤；
D、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，增大反應(yīng)速率，故D錯(cuò)誤；
故選AB；
（4）在2L的密閉容器中，測(cè)得該反應(yīng)中N₂和CO各個(gè)時(shí)刻的物質(zhì)的量，分析數(shù)據(jù)結(jié)合反應(yīng)速率概念，v（N₂）=

8mol 2L - 6.52mol 2L

20min

=0.037mol/L?min；
               3SiO₂ （s）+6C （s）+2N₂ （g）?Si₃N₄ （s）+6CO （g），
起始量（mol/L）                      4                      0
變化量（mol/L）                      1                      3
平衡量（mol/L）                      3                      3
平衡常數(shù)K=

c6(CO)

c2(N2)

=

36

32

=81.0；
故答案為：3.70×10² mol/（L?min）；81.0．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，原電池電極反應(yīng)，電解池原理的分析判斷，化學(xué)平衡影響因素分析判斷，反應(yīng)速率計(jì)算，平衡常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，題目難度較大．