Question

開發(fā)新能源，使用清潔燃料，可以達到提高能效、減少污染的目的。

Ⅰ由C、H、O三種元素中的兩種和三種分別組成的燃料物質(zhì)甲和乙，其分子中均有氧，且1個乙分子中含有18個電子，則甲和乙分別是________。乙是一種清潔燃料，工業(yè)上可用甲和氫氣反應(yīng)制得。

(1)T₁溫度時，在體積為2 L的密閉容器中充入2 mol甲和6 mol H₂，反應(yīng)達到平衡后，測得c(甲)＝0.2 mol/L，則乙在平衡混合物中的物質(zhì)的量分數(shù)是        。

(2)升高溫度到T₂時，反應(yīng)的平衡常數(shù)為1，下列措施可以提高甲的轉(zhuǎn)化率的是________(填字母)。

A.加入2 mol甲     B.充入氮氣     C.分離出乙     D.升高溫度

Ⅱ(1)甲烷也是一種清潔燃料，但不完全燃燒時熱效率降低并會產(chǎn)生有毒氣體造成污染。

已知：

CH₄(g) + 2O₂(g) CO₂(g) + 2H₂O(l)    ΔH₁＝―890.3 kJ/mol

2CO (g) + O₂(g)2CO₂(g)            ΔH₂＝―566.0 kJ/mol

則甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水時的熱效率只是完全燃燒時的________倍(計算結(jié)果保留1位小數(shù))。

(2)甲烷燃料電池可以提升能量利用率。下圖是利用甲烷燃料電池電解50 mL 2 mol/L的氯化銅溶液的裝置示意圖：

請回答：

①若使用酸性水溶液做電解質(zhì)，甲烷燃料電池的負極反應(yīng)式是________。

若使用熔融Na₂CO₃做電解質(zhì)，該電池負極的反應(yīng)式是         。

若使用燃料電池內(nèi)部是熔融的摻雜著氧化釔(Y₂O₃)的氧化鋯(ZrO₂)晶體，可以傳導(dǎo)O^2—。則在電池內(nèi)部O^2—由____極移向____極(填“正”或“負”)；電池的負極電極反應(yīng)式為                  。

②若B中為氯化銅溶液，當(dāng)線路中有0.1 mol電子通過時，________(填“a”或“b”)極增重________g。

若B中為足量Mg(NO₃)₂和NaCl的混合溶液。電解開始后陰極的現(xiàn)象為____      。

Answer 1

Ⅰ CO(或一氧化碳)和 CH₃OH(或甲醇)

(1)1/3 (0.33或33.3％) (2)C

Ⅱ(1)0.7

(2)① CH₄ -8e^- + 2H₂O CO₂ + 8H⁺      CH₄－8e^－+4C5CO₂+2H₂O

正、負    CH₄+4O^2－—8e^—CO₂↑+2H₂O

  ② b       3.2

有大量無色氣泡(或氣體)產(chǎn)生，并且有白色沉淀產(chǎn)生。

【解析】本題考查較為綜合，涉及物質(zhì)推斷、化學(xué)平衡有關(guān)計算、化學(xué)平衡常數(shù)、電化學(xué)以及蓋斯定律的應(yīng)用等。

(1)由C、H、O三種元素中的兩種和三種分別組成的燃料物質(zhì)甲和乙，1個乙分子中含有18個電子，則乙分子中含有1個C原子、1個O原子，則含有H原子數(shù)目為18-6-8=4，故乙為CH₃OH，分子中均有氧，故甲為CO；①、發(fā)生反應(yīng)CO (g)+2H₂(g)⇌CH₃OH(g)，應(yīng)達到平衡后，測得c(甲)=0.2mol/L，則平衡時n(甲)=2L×0.2mol/L=0.4mol，則：

CO (g)+2H₂(g)⇌CH₃OH(g)，

開始(mol)：2          6           0

變化(mol)：1.6        3.2          1.6

平衡(mol)：0.4        2.8          1.6

CH₃OH在平衡混合物中的物質(zhì)的量分數(shù)為==1/3

(2)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A.加入2mol甲，平衡向正反應(yīng)移動，但甲的轉(zhuǎn)化率降低，故錯誤；B.充入氮氣，反應(yīng)混合物各組分的濃度不變，平衡不移動，甲的轉(zhuǎn)化率不變，故錯誤； C.分離出乙，平衡向正反應(yīng)移動，甲的轉(zhuǎn)化率增大，故C正確； D.T₁溫度時平衡常數(shù)為=100/49＞1，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，甲的轉(zhuǎn)化率降低，故錯誤；故答案為：C；

Ⅱ(1)已知：①、CH₄(g)+2O₂(g)CO₂(g)+2H₂O(l)△H=-890.3kJ•mol^-1；②、2CO(g)+O₂(g)2CO₂(g)△H=-566.0kJ•mol^-1，利用蓋斯定律，①×2-②可得：2CH₄(g)+3O₂(g)2CO(g)+4H₂O(l)；△H=-1214.6kJ•mol ^-1;故甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水時的熱效率只是完全燃燒時的=0.7，故答案為：0.7；(2)①、原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷在負極通入，酸性條件下，發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂、H⁺，負極電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+2H₂OCO₂+8H⁺；若使用熔融Na₂CO₃做電解質(zhì)，該電池負極的反應(yīng)式是CH₄－8e^－+4C5CO₂+2H₂O；則在電池內(nèi)部，負極失去電子，帶正電荷，O^2－由正極極移向負極移動，電池的負極電極反應(yīng)式為CH₄+4O^2－—8e^—CO₂↑+2H₂O；②、B為電解池，銅離子發(fā)生還原反應(yīng)，在陰極析出，該極連接原電池的負極，故在b電極析出Cu，b電極的質(zhì)量增重，轉(zhuǎn)移0.1mol電子，析出銅的物質(zhì)的量為0.05mol，故析出銅的質(zhì)量為0.05mol×64g/mol=3.2g；電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陽離子在陰極放電，水在陰極放電，電極反應(yīng)式為2H₂O-2e-H₂↑+2OH^-，同時反應(yīng)反應(yīng)Mg²⁺+2OH^-Mg(OH)₂↓，故電解開始后陰極的現(xiàn)象為：有無色氣體生成，有白色沉淀生成。