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)生產(chǎn)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(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)氣體平均相對分子質(zhì)量恒定

(3)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“=”)。

(4)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 ＜ KC＞KB＞KA ae ＞ CO-2e-+4OH-＝CO32-+2H2O 13

【解析】

(1)根據(jù)已知：①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l) △H=—1214 kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H= —566kJ/mol

依據(jù)蓋斯定律①+② 2CH4(g)+4O2(g)＝2CO2(g)+4H2O(l) △H=-1780kJ·mol-1，則表示甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l) △H=-890kJ·mol-1；

(2)①在相同溫度下CH4的轉(zhuǎn)化率在P1時(shí)比P2的高，根據(jù)反應(yīng)方程式CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)可知，增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，CH4的轉(zhuǎn)化率降低，所以溫度一定時(shí)P1＜P2；平衡常數(shù)只受溫度影響，壓強(qiáng)不變升高溫度，甲烷的轉(zhuǎn)化率會增大，平衡正向進(jìn)行，所以反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以溫度越高，K越大，A、B、C三點(diǎn)處對應(yīng)的溫度是逐漸升高的，所以平衡常數(shù)KC＞KB＞KA；

②a. CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)可知，該反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)為變量，當(dāng)容器的壓強(qiáng)恒定，說明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；

b.單位時(shí)間內(nèi)消耗0.1molCH4同時(shí)生成0.3molH2，只能說明正反應(yīng)速率,不能證明正逆反應(yīng)速率相等，不一定平衡，故b錯(cuò)誤；

c.容器內(nèi)氣體密度p=，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c錯(cuò)誤；

d.3v(CH4)=c(H2)，沒有指出正逆反應(yīng)速率，無法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤；

e.該反應(yīng)前后都是氣體，且氣體總物質(zhì)的量為變量，則混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為變量，當(dāng)容器內(nèi)氣體平均相對分子質(zhì)量恒定時(shí)，表明達(dá)到平衡狀態(tài)，故e正確；

故答案為：ae；

(3)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2molH2和1molCO，在500℃時(shí)充分反應(yīng),達(dá)平衡后CH3OH的濃度為W mol·L-1，反應(yīng)平衡后，若向原來容器中再加入2molH2和1molCO，假如平衡不移動(dòng)，則平衡時(shí)CH3OH濃度為2W mol·L-1，由于增大了壓強(qiáng)，平衡向著正向移動(dòng)，甲醇濃度增大，則再次達(dá)平衡后，則CH3OH濃度大于2W mol·L-1，所以答案：＞；

(4)由圖可知為CO的燃料電池，電解質(zhì)溶液為KOH(aq)，負(fù)極CO發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，負(fù)極反應(yīng)式為CO-2e-+4OH-＝CO32-+2H2O；

②消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的CO的體積為224mL，則CO的物質(zhì)的量為n=0.224L÷22.4L/mol＝0.01mol，根據(jù)負(fù)極反應(yīng)式CO-2e-+4OH-＝CO32-+2H2O知，轉(zhuǎn)移電子為0.02mol，電解飽和食鹽水的離子方程式為2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-，由電子守恒可知，生成的氫氧根離子的物質(zhì)的量為0.02mol，則c(OH-)=0.1mol/L，pH=13。