Question

（Ⅰ）碳和碳的化合物在人類生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用非常廣泛．“低碳生活”不再只是一種理想，更是一種值得期待的生活方式．
（1）甲烷燃燒時(shí)放出大量的熱，可作為能源應(yīng)用于人類的生產(chǎn)和生活． 
已知
①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）△H₁=-1214.6KJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566kJ/mol，則反應(yīng)CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）的△H=

 

．
（2）將兩個(gè)石墨電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH₄和O₂，構(gòu)成甲烷燃料電池．
其負(fù)極電極反應(yīng)式是：

 

．
（3）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所 需時(shí)間/min
		H2O	CO	CO2	CO
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實(shí)驗(yàn)1中，以v（ H₂）表示的平均反應(yīng)速率為：

 

．
②該反應(yīng)的正反應(yīng)為

 

 （填“吸”或“放”）熱反應(yīng)；
③若要實(shí)驗(yàn)3達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2相同的平衡狀態(tài)（即各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)分別相等），則a、b應(yīng)滿足的關(guān)系是

 

（用含a、b的數(shù)學(xué)式表示）．
（Ⅱ）某小組運(yùn)用工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的原理，用如下圖所示裝置電解K₂SO₄溶液．
①該電解槽中通過陰離子交換膜的離子數(shù)

 

（填“＞”“＜”或“一”）通過陽離子交換膜的離子數(shù)；
②圖中a、b、c、d分別表示有關(guān)溶液的pH，則a、b、c、d由小到大的順序?yàn)?div id="bf3fvr5" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

；
③電解一段時(shí)間后，B出口與C出口產(chǎn)生氣體的質(zhì)量比為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)平衡的影響因素,電解原理

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（Ⅰ）（1）根據(jù)蓋斯定律，通過已知方程式的變形求出目標(biāo)方程式的熱化學(xué)方程式；
（2）先寫出燃料電池的總方程式，再寫出正極的電極反應(yīng)式，做差求出負(fù)極的電極反應(yīng)式；
（3）①根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)可以求出v（CO）表示的平均反應(yīng)速率，然后根據(jù)反應(yīng)速率之比等于計(jì)量系數(shù)之比，求v（ H₂）表示的平均反應(yīng)速率；
②通過表中兩組數(shù)據(jù)求出不同溫度下轉(zhuǎn)化率，比較改變溫度時(shí)轉(zhuǎn)化率的變化判斷化學(xué)平衡移動(dòng)的方向，判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)；
③根據(jù)等效平衡原理解答；
（Ⅱ）①依據(jù)電解池工作原理：陽電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，由于在陰極放電的是H⁺，其中透過陽離子交換膜的H⁺數(shù)與透過陰離子交換膜的OH^-數(shù)相等，根據(jù)溶液呈電中性知，透過陽離子交換膜的K⁺數(shù)大于透過陰離子交換膜的SO₄^2-數(shù)；
②因?yàn)殡娊夂笊�成的硫酸和氫氧化鉀濃度大，故b＜a、c＜d，結(jié)合堿溶液pH值大于酸溶液pH值，可得b＜a＜c＜d；
③根據(jù)電解原理知：B出口產(chǎn)生的是氧氣，C出口產(chǎn)生的是氫氣，根據(jù)得失電子守恒，求出二者物質(zhì)的量之比，然后轉(zhuǎn)化為質(zhì)量之比．

解答： 解：（Ⅰ）（1）①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）△H₁=-1214.6KJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566kJ/mol，
 根據(jù)蓋斯定律

①-②

2

得CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=

△H1-△H2

2

=-890.3 kJ/mol，
故答案為：-890.3 kJ/mol；
（2）燃料電池的總反應(yīng)式：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O；
正極的電極反應(yīng)式：2O₂+8e^-+4H₂O=8OH^-；
用總電池反應(yīng)式減去正極電極反應(yīng)式得負(fù)極電極反應(yīng)式：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
（3）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知：反應(yīng)前CO的濃度C（CO）=

n

V

=2mol/L，5min后濃度C（CO）′=

n

V

=1.2mol/L，則V（CO）=

△C

△t

=0.16 mol?L^-1?min^-1，根據(jù)同一反應(yīng)用不同物質(zhì)表示的速率之比等于方程式中各物質(zhì)的計(jì)量系數(shù)之比得：V（CO）：V（H2）=1；1，所以   以v（ H₂）表示的平均反應(yīng)速為：0.16 mol?L^-1?min^-1 ，
故答案為：0.16 mol?L^-1?min^-1；
②實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為：

(4-2.4)mol

4mol

×100%=40%，實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為：

(2-1.6)mol

2mol

×100%=20%，溫度升高，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆向移動(dòng)，逆向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，所以正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，故答案為：放；
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反應(yīng)特點(diǎn)：前后氣體系數(shù)相等，要想在恒溫恒容條件下建立等效平衡，只需各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比應(yīng)相等．
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
實(shí)驗(yàn)2          1mol      2mol        0       0
實(shí)驗(yàn)3           a           b        0        0         
所以只要當(dāng)a：b=1：2時(shí)，實(shí)驗(yàn)3達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，
故答案為：a：b=1：2；
（Ⅱ）①依據(jù)電解池工作原理：陽電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，陰極放電的是H⁺，透過陽離子交換膜的H⁺數(shù)與透過陰離子交換膜的OH^-數(shù)相等，因?yàn)槿芤撼孰娭行裕�所以透過陽離子交換膜的K⁺數(shù)大于透過陰離子交換膜的SO₄^2-數(shù)，
故答案為：＜；
②因?yàn)殡娊夂笊�成的硫酸和氫氧化鉀濃度大，故b＜a、c＜d，結(jié)合堿溶液pH值大于酸溶液pH值，可得b＜a＜c＜d，故答案為：b＜a＜c＜d；
③根據(jù)電解原理知：B出口產(chǎn)生的是氧氣，C出口產(chǎn)生的是氫氣，根據(jù)得失電子守恒，n（O₂）：n（H₂）=1：2，所以其質(zhì)量之比為：8：1，故答案為：8：1．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，原電池電極反應(yīng)的書寫方法，化學(xué)平衡的影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，電解池的工作原理，題目綜合性強(qiáng)，難度中等．