题目内容
（2012?河西区一模）碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛，此方面的科学研究为当今提倡的“低碳生活方式”提供依据．请按要求回答下列问题：（1）甲烷燃烧放出大量的热，可作为能源用于人类的生产和生活．
已知：①2CH4 （g）+3O2 （g）=2CO （g）△H1=-1214kJ/mol②2CO （g）+O2 （g）=2CO2 （g）△H2=-566kJ/mol写出甲烷燃烧热的热化学方程式：
CH4 （g）+2O2 （g）=CO2 （g）+2H2O （l）△H=-890kJ/mol
CH4 （g）+2O2 （g）=CO2 （g）+2H2O （l）△H=-890kJ/mol
．（2）甲烷燃料电池已得到广泛使用．若在酸性介质中，该电池工作时负极电极反应式为
CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+
CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+
．某同学利用此甲烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe（OH）2的实验装置如右图所示．通电后，溶液中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色．①b端所用电极材料为
铁
铁
．②写出一种适合该装置的电解质溶液的名称：
NaCl溶液
NaCl溶液
③写出该装置工作时的总反应：
Fe+2H2O
Fe（OH）2+H2↑
| ||
Fe+2H2O
Fe（OH）2+H2↑
．
| ||
（3）焦炭可以用于制取新型陶瓷材料氮化硅（Si3N4）．在1300～1700℃的氮气流中SiO2与焦炭发生如下反应：3SiO2 （s）+6C （s）+2N2 （g）?Si3N4 （s）+6CO （g）
已知在容积不变的密闭容器中进行该反应，每转移1mol eˉ放出132.6kJ的热量．下列说法正确的是
AB
AB
．A．该反应的△H=-1591.2kJ/mol
B．当焦炭质量不再改变时，该反应到达平衡
C．加入更多的SiO2、充入N2，平衡均不移动
D．温度控制在1300～17000℃是为了提高反应速率，有利于平衡正向移动
（4）某温度下，在2L的密闭容器中，测得该反应中N2和CO各个时刻的物质的量如下表所示．请计算：0～20min内平均v（N2）=
3.70×102 mol/（L?min）
3.70×102 mol/（L?min）
；该温度下，反应的平衡常数的值K=81.0
81.0
．| 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | |
| N2 | 8.00 | 7.40 | 7.00 | 6.72 | 6.52 | 6.36 | 6.20 | 6.00 | 6.00 | 6.00 |
| CO | 0.00 | 1.80 | 3.00 | 3.84 | 4.22 | 4.92 | 5.40 |
分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）燃料电池中燃料在负极发生氧化反应；
①依据装置分析判断生成氢氧化亚铁的电极位置；
②电解原理的应用；
③依据电极反应 书写电池反应；
（3）依据热化学方程式反应电子转移计算反应的焓变，分析选项；
（4）依据化学反应速率概念计算，根据平衡常数列式计算．
（2）燃料电池中燃料在负极发生氧化反应；
①依据装置分析判断生成氢氧化亚铁的电极位置；
②电解原理的应用；
③依据电极反应 书写电池反应；
（3）依据热化学方程式反应电子转移计算反应的焓变，分析选项；
（4）依据化学反应速率概念计算，根据平衡常数列式计算．
解答：解：（1）：①2CH4 （g）+3O2 （g）=2CO （g）△H1=-1214kJ/mol
②2CO （g）+O2 （g）=2CO2 （g）△H2=-566kJ/mol；
依据盖斯定律①+②得到2CH4 （g）+4O2 （g）=2CO2 （g）+4H2O （l）△H=-1780kJ/mol；
即热化学方程式 为：CH4 （g）+2O2 （g）=CO2 （g）+2H2O （l）△H=-890kJ/mol；
故答案为：CH4 （g）+2O2 （g）=CO2 （g）+2H2O （l）△H=-890kJ/mol；
（2）甲烷燃料电池中，燃料在负极失电子发生氧化还原反应电极反应为：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+，故答案为：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+；
①b端为阳极生成亚铁离子，铁做阳极失电子生成亚铁离子，和阴极氢离子放电生成氢气，氢氧根离子增多，和亚铁离子反应生成氢氧化亚铁，故答案为：铁；
②电解质溶液需要具备阳离子放电能力小于氢离子即可，可以是氯化钠溶液，故答案为：NaCl溶液；
③阳极电极反应为Fe-2e-=Fe2+，阴极电极反应为2H++2e-=H2↑，电池反应为：Fe+2H2O
Fe（OH）2+H2↑，故答案为：Fe+2H2O
Fe（OH）2+H2↑；
（3）3SiO2 （s）+6C （s）+2N2 （g）?Si3N4 （s）+6CO （g），每转移1mol eˉ放出132.6kJ的热量，化学方程式中电子转移12mol，放热1591.2KJ；
A、该反应的△H=-1591.2kJ/mol，故A正确；
B、固体对平衡无影响，但当焦炭质量不再改变时，该反应到达平衡，故B正确；
C、加入更多的SiO2平衡不动，充入N2平衡正向进行，故C错误；
D、反应是放热反应，升温平衡逆向进行，增大反应速率，故D错误；
故选AB；
（4）在2L的密闭容器中，测得该反应中N2和CO各个时刻的物质的量，分析数据结合反应速率概念，v（N2）=
=0.037mol/L?min；
3SiO2 （s）+6C （s）+2N2 （g）?Si3N4 （s）+6CO （g），
起始量（mol/L） 4 0
变化量（mol/L） 1 3
平衡量（mol/L） 3 3
平衡常数K=
=
=81.0；
故答案为：3.70×102 mol/（L?min）；81.0．
②2CO （g）+O2 （g）=2CO2 （g）△H2=-566kJ/mol；
依据盖斯定律①+②得到2CH4 （g）+4O2 （g）=2CO2 （g）+4H2O （l）△H=-1780kJ/mol；
即热化学方程式 为：CH4 （g）+2O2 （g）=CO2 （g）+2H2O （l）△H=-890kJ/mol；
故答案为：CH4 （g）+2O2 （g）=CO2 （g）+2H2O （l）△H=-890kJ/mol；
（2）甲烷燃料电池中，燃料在负极失电子发生氧化还原反应电极反应为：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+，故答案为：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+；
①b端为阳极生成亚铁离子，铁做阳极失电子生成亚铁离子，和阴极氢离子放电生成氢气，氢氧根离子增多，和亚铁离子反应生成氢氧化亚铁，故答案为：铁；
②电解质溶液需要具备阳离子放电能力小于氢离子即可，可以是氯化钠溶液，故答案为：NaCl溶液；
③阳极电极反应为Fe-2e-=Fe2+，阴极电极反应为2H++2e-=H2↑，电池反应为：Fe+2H2O
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（3）3SiO2 （s）+6C （s）+2N2 （g）?Si3N4 （s）+6CO （g），每转移1mol eˉ放出132.6kJ的热量，化学方程式中电子转移12mol，放热1591.2KJ；
A、该反应的△H=-1591.2kJ/mol，故A正确；
B、固体对平衡无影响，但当焦炭质量不再改变时，该反应到达平衡，故B正确；
C、加入更多的SiO2平衡不动，充入N2平衡正向进行，故C错误；
D、反应是放热反应，升温平衡逆向进行，增大反应速率，故D错误；
故选AB；
（4）在2L的密闭容器中，测得该反应中N2和CO各个时刻的物质的量，分析数据结合反应速率概念，v（N2）=
| ||||
| 20min |
3SiO2 （s）+6C （s）+2N2 （g）?Si3N4 （s）+6CO （g），
起始量（mol/L） 4 0
变化量（mol/L） 1 3
平衡量（mol/L） 3 3
平衡常数K=
| c6(CO) |
| c2(N2) |
| 36 |
| 32 |
故答案为：3.70×102 mol/（L?min）；81.0．
点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，原电池电极反应，电解池原理的分析判断，化学平衡影响因素分析判断，反应速率计算，平衡常数计算应用，题目难度较大．
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