Question

化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。

 （1）蕴藏在海底的“可燃冰”是高压下形成的外观像冰的甲烷水合物固体。甲烷气体燃烧的热化学方程式为：CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(l) △H＝－890.3 kJ／mol。

356g“可燃冰”(分子式为CH₄·9H₂O)释放的甲烷气体完全燃烧生成液态水．放出的热量为  _______  。

（2）某种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入液化石油气(以C₄H₁₀表示)，电池的电解质是掺入了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下传导O^2－。

已知该电池负极的电极反应为：C₄H₁₀＋2O^2－－4e^－＝CO₂＋H₂O，则该电池正极的电极反应式为    _______    ，电池工作时，固体电解质里的O^2－向    _______    极移动。

（3）已知一氧化碳与水蒸气的反应为：CO(g)＋H₂O(g)    CO₂(g)＋H₂(g)

       ①T℃时，在一定体积的容器中，通入一定量的CO(g)和H₂O(g)，发生反应并保持温度不变，各物质浓度随时间变化如下表：    T℃时物质的浓度(mol/L)变化

时间 / min	CO	H2O(g)	CO2	H2
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	0.100	0.200	0.100	0.100
4	0.100	0.200	0.100	0.100
5	0.116	0.216	0.084	C1
6	0.096	0.266	0.104	C2

        第5、6min时的数据是保持温度和体积不变时，改变某一条件后测得的。第4～5min之间，改变的条件是    _______    ，第5～6min之间，改变的条件是    _______    。T℃时该化 学反应的平衡常数是    _______    。

②已知420℃时，该化学反应的平衡常数为9。如果反应开始时，CO和H₂O(g)的浓度都是0.01 mol／L，则CO在此条件下的转化率为    _______    。

③397℃时该反应的平衡常数为12，请判断该反应的△H    _______    0(填“>”、“＝”、“<”)．

Answer 1

（1）1780.6 kJ     （2）O₂＋4e^－＝2O^2－；   负

   （3）①增加H₂浓度；增加H₂O(g)浓度； 0.5      ② 75％   ③ <

解析:

（1）356克可燃冰是2mol，放热890.3×2=1780.6。

（2）根据燃烧方程式推得总反应式为  C₄H₁₀+ 13/2 O₂ → 4 CO₂+ 5 H₂O

减去负极反应式                C₄H₁₀+13O^2--26e^-     4CO₂+5H₂O

  13/2 O₂-（13O^2--26e^-）= 0  整理得： O₂+4e^-=O^2-

（3）①K= （0.1×0.1）/（0.1×0.2）=0.5 ；

     ②设：从起始到平衡CO的浓度变化为x mol·L ^-1

H₂O (g) ＋  CO (g)   H₂(g)＋ CO₂ (g)

起始：0.01      0.01           0       0

变化：x          x             x        x

平衡：(0.01－x) (0.01－x)      x        x

则该温度下反应的平衡常数k = x²/(0.01－x)²=9，解得x  =0.0075。转化率为75%。

     ③ 420℃时，该化学反应的平衡常数为9，397℃时该反应的平衡常数为12，平衡常数增大说明平衡正向移动，即降温平衡正向移动，正反应放热，△H＜0。