Question

【題目】碳及其化合物在能源和材料方面具有廣泛的用途，回答下列問題：

（1）已知CH4(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) =-607.31kJ/mol

2CO(g)+ O2(g)=2CO2(g) =-566.0kJ/mol

寫出表示甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式________________。

（2）天然氣的一個(gè)重要用途是制取H2，其原理為：CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 。

在密閉容器中通入物質(zhì)的量濃度均為0.1mol/L的CH4與CO2，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示。則：

①壓強(qiáng)P2_____P1（填 “>”或“<”）；原因________________________________________________________________________________。

②壓強(qiáng)為P1時(shí)，在Y點(diǎn)：v(逆)_______v(正)（填“>”、“<”或“=”）。

③求X點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____________。（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）

（3）CO可以合成二甲醚，CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H<0，二甲醚可以作為燃料電池的原料。利用此燃料電池以石墨為電極電解1L，0.5mol/L的CuSO4溶液，導(dǎo)線通過0.1mol電子時(shí)，假設(shè)溶液體積不變，則所得溶液pH=______________，標(biāo)況下理論上產(chǎn)生O2_______________L（保留小數(shù)點(diǎn)后兩位）。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) =-890.31kJ·mol-1>同一溫度下轉(zhuǎn)化率P1大于P2，而該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以P2>P1<1.6410.56

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律可得CH4的燃燒熱為：-607.31kJ/mol+（-566.0kJ/mol）÷2=-890.31kJ·mol-1，故其燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) =-890.31kJ·mol-1；（2）①CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)是一個(gè)氣體分子數(shù)目增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，CH4的轉(zhuǎn)化率越小，而在同一溫度下CH4的轉(zhuǎn)化率在P1條件下更大，故壓強(qiáng)P1較小，故答案為：>、同一溫度下轉(zhuǎn)化率P1大于P2，而該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以P2>P1；②由圖像可知，在壓強(qiáng)為P1時(shí)的Y點(diǎn)該反應(yīng)正處于向正反應(yīng)方向建立平衡的過程中，故v(正) > v(逆)；③由圖像可知在x點(diǎn)CH4的轉(zhuǎn)化率為80%，故在平衡狀態(tài)下CO2(g)、CH4(g) 、CO(g)、H2(g)分別為0.02mol/L、0.02mol/L、0.16 mol/L、0.16 mol/L，故平衡常數(shù)K==1.64，故答案為1.64；（3）用惰性電極電解CuSO4溶液時(shí)陽極的電極反應(yīng)式為：2H2O-4e-=O2↑+4H+，由方程式的計(jì)量數(shù)關(guān)系可得，則當(dāng)轉(zhuǎn)移的電子為0.1mol時(shí)，產(chǎn)生的n（H+）=0.1mol，其濃度為0.1mol/L，pH=1，n（O2）=0.1mol÷4=0.025mol，體積為0.025mol×22.4L/mol=0.56L，故答案為：1、0.56。