Question

目前“低碳經(jīng)濟”正成為科學家研究的主要課題．請回答下列問題：
I．甲烷自熱重整是一種先進的制氫方法，其反應方程式為：
CH₄（g）+H₂O（g）

高溫  .

CO（g）+3H₂（g）
（1）閱讀下圖，計算該反應的反應熱△H=

 

kJ/mol．

II．用CH₄或其他有機物、O₂為原料可設計成燃料電池．
（2）以C_nH_2nO_n、O₂為原料，H₂SO₄溶液為電解質(zhì)設計成燃料電池，則負極的電極反應式為

 

．
（3）以CH₄、O₂為原料，100mL 0.15mol/L NaOH溶液為電解質(zhì)設計成燃料電池，若放電時參與反應的氧氣體積為448mL（標準狀況），產(chǎn)生的氣體全部被溶液吸收，則所得溶液中溶質(zhì)的成分及物質(zhì)的量之比為

 

，各離子濃度由大到小的順序為

 

．
III．利用I₂O₅消除CO污染的反應為：5CO（g）+I₂O₅（s）

催化劑 .

△

5CO₂（g）+I₂（s），不同溫度下，向裝有足量I₂O₅固體的2L恒容密閉容器中通入4mol CO，測得CO₂的體積分數(shù)隨時間t變化曲線如圖．請回答：

（4）T₂時，0～0.5min內(nèi)的反應速率v（CO）=

 

．
（5）T₁時化學平衡常數(shù)K=

 

．
（6）下列說法不正確的是

 

（填字母序號）．
A．容器內(nèi)氣體密度不變，表明反應達到平衡狀態(tài)
B．兩種溫度下，c點時體系中混合氣體的壓強相等
C．d點時，增大體系壓強，CO的轉化率不變
D．b點和d點時化學平衡常數(shù)的大小關系：K_b＜K_d．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ（1）根據(jù)能量圖書寫各自的熱化學方程式，再通過蓋斯定律計算；
（2）燃料電池中，負極上投放燃料，負極上失電子發(fā)生氧化反應；
（3）計算氧氣的物質(zhì)的量，進而計算生成二氧化碳的物質(zhì)的量，根據(jù)n（NaOH）與n（CO₂）比例關系判斷反應產(chǎn)物，進而計算溶液中電解質(zhì)物質(zhì)的量，結合鹽類水解與電離等判斷；
Ⅱ（4）根據(jù)起始量和a點時CO₂的體積分數(shù)（即物質(zhì)量分數(shù)），列式計算即可求出從反應開始至a點時的反應速率為v（CO）；
（5）根據(jù)b點時CO₂的體積分數(shù)φ（CO₂）求出CO和CO₂的平衡濃度進而求出T₁時化學平衡常數(shù)K；
（6）A．因為條件為恒容，而反應前后氣體質(zhì)量變化，所以容器內(nèi)氣體密度是變量，當不變時表明反應達到平衡狀態(tài)；
B．c點為交點，各氣體物質(zhì)的量分別相等；
C．反應前后氣體體積不變，壓強變化對平衡無影響；
D．b點比d點時生成物CO₂體積分數(shù)大，說明進行的程度大，則化學平衡常數(shù)：K_b＞K_d；

解答： 解：Ⅰ（1）由能量圖，得①CH₄（g）+2O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846.3kJ?moL^-1
②CO₂（g）═CO（g）+

1

2

O₂（g）△H=+282kJ?moL^-1
③

1

2

O₂（g）+H₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ?moL^-1
①-③×3+②得CH₄（g）+H₂O（g）

高溫  .

CO（g）+3H₂（g）△H=（-846.3+241.8×3+282）kJ?moL^-1=+161.1kJ?moL^-1；故答案為：+161.1；
 （2）燃料電池中，負極上投放燃料所以投放甲烷的電極是負極，負極上失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為：C_nH_2nO_n-4ne^-+nH₂O═nCO₂+4nH⁺．
故答案為：C_nH_2nO_n-4ne^-+nH₂O═nCO₂+4nH⁺；
（3）參與反應的氧氣在標準狀況下體積為448mL，物質(zhì)的量為

0.448L

22.4L/mol

=0.02mol，根據(jù)電子轉移守恒可知，生成二氧化碳為

0.02mol×4

8

=0.01mol，n（NaOH）=0.1L×0.15mol?L^-1=0.015mol，n（NaOH）：n（CO₂）=0.015mol：0.01mol=3：2，發(fā)生發(fā)生2CO₂+3NaOH=Na₂CO₃+NaHCO₃+H₂O，所以所得溶液中溶質(zhì)的成分及物質(zhì)的量之比為n（Na₂CO₃）：n（NaHCO₃）=1：1；溶液中碳酸根水解，碳酸氫根的水解大于電離，溶液呈堿性，故c（OH^-）＞c（H⁺），碳酸根的水解程度大于碳酸氫根，故c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），鈉離子濃度最大，水解程度不大，碳酸根濃度原大于氫氧根離子，故c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：n（Na₂CO₃）：n（NaHCO₃）=1：1；c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
Ⅱ（4）a點時：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
起始量/mol    4                 0
轉化量/mol    x                 x
a點量/mol    4-x                x
根據(jù)a點時CO₂的體積分數(shù)φ（CO₂）=

x

4

=0.40，得x=1.6mol
則從反應開始至a點時的反應速率為v（CO）=

1.6mol

2L×0.5min

=1.6mol?L^-1?min^-1，故答案為：1.6mol?L^-1?min^-1；
（5）T₁時：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
起始量/mol    4                 0
轉化量/mol    y                 y
b點量/mol    4-y                y
根據(jù)b點時CO₂的體積分數(shù)φ（CO₂）=

y

4

=0.80，得y=3.2mol，c（CO）=0.4mol?L^-1，c（CO₂）=1.6mol?L^-1
T₁時化學平衡常數(shù)K=

c(CO 2) 5

c(CO) 5

=

1.6 5

0．45

=1024，
故答案為：1024；
（6）A．因為條件為恒容，而反應前后氣體質(zhì)量變化，所以容器內(nèi)氣體密度不變時，表明反應達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．c點為交點，氣體物質(zhì)的量分別相等，所以兩種溫度下，體系中混合氣體的壓強不等，故B錯誤；
C．反應前后氣體體積不變，壓強變化對平衡無影響，CO的轉化率不變，故C正確；
d．b點比d點時生成物CO₂體積分數(shù)大，說明進行的程度大，則化學平衡常數(shù)：K_b＞K_d，故D錯誤；
故答案為：BD；

點評：本題考查蓋斯定律的應用、化學反應速率和化學平衡常數(shù)的相關計算、化學平衡移動原理、電離常數(shù)及離子濃度大小的比較等知識，綜合性很強，難度很大．