【題目】20171116日,國(guó)土資源部召開新聞發(fā)布會(huì),宣布天然氣水合物,即可燃冰新礦種獲得國(guó)務(wù)院批準(zhǔn),成為我國(guó)第173個(gè)礦種。可燃冰主要成分的分子式是CH4·8H2O,一旦溫度升高或壓強(qiáng)降低,甲烷氣就會(huì)逸出,固體水合物便趨于崩解。可燃冰將成為人類的后續(xù)能源。

(1)320 g可燃冰釋放的甲烷完全燃燒生成液態(tài)水時(shí),可放出1 780.6 kJ的能量,則表示甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式是__________________。

(2)CH4不僅是優(yōu)質(zhì)的氣體燃料,還能利用它和CO2重整,發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),獲得合成氣(主要成分為CO、H2),從而減少溫室氣體的排放。在一定條件下CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)(單位:Pa)的關(guān)系如圖所示。則y點(diǎn):v()____(“>”、“=”“<”,下同)v();壓強(qiáng):p1____p2;該反應(yīng)的ΔH____0。

(3)在恒溫、p2下,在一容積可變的容器中,達(dá)到平衡狀態(tài)x時(shí)四種氣體的物質(zhì)的量均為1 mol,若此時(shí)再充入四種氣體各1 mol,則平衡____(向左”、“向右”)移動(dòng)。

(4)一定條件下,CH4還可與NO2反應(yīng),改善霧霾天氣,其化學(xué)方程式為CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g),在恒溫恒容下,下列可以判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是____(填序號(hào))。

a.v(N2)=2v(H2O)

b.混合氣體的密度不再變化

c.混合氣體的物質(zhì)的量不再變化

d.單位時(shí)間內(nèi)有1 mol NO2消耗同時(shí)消耗1 mol CO2

e.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變

f.CH4CO2的物質(zhì)的量之比不再發(fā)生變化

(5)在恒溫恒容下,使1 mol CH4(g)2 mol NO2反應(yīng),達(dá)平衡后,再往反應(yīng)器中分別充入下列氣體,可以使CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)NO2轉(zhuǎn)化率增大的是____(填序號(hào))。

A.CH4               B.CO2

C.物質(zhì)的量之比為1∶2CH4NO2  D.N2

(6)CH4還可以運(yùn)用到電化學(xué)中,某課外小組用CH4為燃料,空氣為氧化劑,稀土金屬材料作電極,電浮選凝聚法處理污水,設(shè)計(jì)如圖所示裝置。則甲烷 燃料電池的總反應(yīng)式為______。為了使該燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行,電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定,電池工作時(shí)必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)(如圖),A物質(zhì)的化學(xué)式是______。

【答案】CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol1 cef A CH4+2O2CO2+2H2O CO2

【解析】

本題主要考查化學(xué)反應(yīng)與能量變化以及化學(xué)平衡相關(guān)知識(shí)。

(1)320gCH4·8H2O可以釋放出2molCH4,再根據(jù)燃燒熱的定義解題;

(2)y點(diǎn)對(duì)應(yīng)的甲烷轉(zhuǎn)化率低于平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率,反應(yīng)應(yīng)正向進(jìn)行;該反應(yīng)正向?yàn)闅怏w體積增大的反應(yīng),減小壓強(qiáng),平衡正向移動(dòng),甲烷轉(zhuǎn)化率增大;溫度升高,甲烷轉(zhuǎn)化率增大;

(3)恒溫恒壓條件下,同等增大各物質(zhì)濃度,平衡不移動(dòng);

(4)依據(jù)“變量不變則平衡”原則判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡;

(5)根據(jù)“等效平衡”及勒夏特列原理判斷;

(6)甲烷燃燒電池總反應(yīng)為甲烷與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水;根據(jù)電池正負(fù)極電極反應(yīng)式判斷需循環(huán)的物質(zhì)。

(1)320g可燃冰可釋放2mol甲烷,2mol甲烷完全燃燒放出1780.6kJ能量,則1mol甲烷完全燃燒放出890.3kJ能量,故甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式為:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol1;

(2)y點(diǎn)甲烷轉(zhuǎn)化率低于平衡時(shí)甲烷轉(zhuǎn)化率,故反應(yīng)還需正向進(jìn)行,故v()> v();該反應(yīng)正向?yàn)闅怏w體積增大的反應(yīng),減小壓強(qiáng),平衡正向移動(dòng),由p1p2,甲烷轉(zhuǎn)化率降低,即增大了壓強(qiáng),故p1<p2;升高溫度,甲烷轉(zhuǎn)化率升高,升高溫度,平衡向吸熱方向移動(dòng),故該反應(yīng)的ΔH>0;

(3)恒溫恒壓條件下,同等增大各物質(zhì)濃度,平衡不移動(dòng);

(4)a. 平衡時(shí),2v(N2)=v(H2O),故a錯(cuò)誤;

b.反應(yīng)過程中,氣體總質(zhì)量不變,恒容條件下氣體總體積不變,故氣體密度始終不變,錯(cuò)誤;

c.該反應(yīng)反應(yīng)過程中,混合氣體的總物質(zhì)的量不斷發(fā)生改變,若混合氣體的物質(zhì)的量不再變化,則反應(yīng)達(dá)到平衡,正確;

d.平衡時(shí),單位時(shí)間內(nèi)有2 mol NO2消耗同時(shí)消耗1 mol CO2,錯(cuò)誤;

e.反應(yīng)進(jìn)行過程中,混合氣體總物質(zhì)的量發(fā)生改變,氣體總質(zhì)量不變,若混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變,則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),正確;

f.甲烷和二氧化碳屬于可逆反應(yīng)中不同反應(yīng)方向的反應(yīng)物,比值會(huì)隨著反應(yīng)的進(jìn)行而改變,故當(dāng)CH4CO2的物質(zhì)的量之比不再發(fā)生變化,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài);

(5)A.增大甲烷物質(zhì)的量,NO2的轉(zhuǎn)化率增大,正確;B. CO2為生成物,增大CO2的量,平衡逆向移動(dòng),NO2的轉(zhuǎn)化率減小,錯(cuò)誤;C.通入物質(zhì)的量之比為12CH4NO2的混合氣體,相當(dāng)于壓強(qiáng)增大,平衡逆向移動(dòng),NO2轉(zhuǎn)化率降低,錯(cuò)誤;D.N2為生成物,增大N2的濃度,平衡逆向移動(dòng),NO2轉(zhuǎn)化率減小,錯(cuò)誤。

(6)根據(jù)甲烷與氧氣反應(yīng)生成CO2H2O寫出該總反應(yīng)式為:CH4+2O2CO2+2H2O;該電池正極反應(yīng)式為:,負(fù)極反應(yīng)式為:,由此可知,物質(zhì)ACO2。

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(1)根據(jù)上表可求得:m=_______,n=______,k=________。

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A. Na2CO3溶液中滴加鹽酸至pH等于11時(shí)溶液中:c(Na+)+c(H+)=2c(CO32-)+c(OH-)+c(HCO3-)+c(Cl-)

B. 25℃時(shí),H2CO3的一級(jí)電離平衡常數(shù)Ka1= 10-6

C. 25℃時(shí),CO2飽和溶液的濃度是0.05 mol·L-1,其中1/5CO2轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>H2CO3,若此時(shí)溶液的pH 約為5,據(jù)此可得該溫度下CO2飽和溶液中H2CO3的電離度約為1%

D. 25℃時(shí),0.1 mol·L-1,Na2CO30.1 mol·L-1NaHCO3混合溶液中離子濃度的大小為c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)

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B. 達(dá)到平衡后,降低溫度或減小壓強(qiáng)都有利于該反應(yīng)平衡正向移動(dòng)

C. 升高溫度有利于反應(yīng)速率增加,從而縮短達(dá)到平衡的時(shí)間

D. 升高溫度,正向反應(yīng)速率增加,逆向反應(yīng)速率減小

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