Question

【题目】（1）2017年5月，我国在南海成功开采“可燃冰”(甲烷水合物)，标志着在技术方面取得了突破性进展。甲烷是优质的清洁能源，综合开发利用能有效缓解大气污染问题。

已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g) +2H2O(g) ΔH =- 802 kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH =-566kJ·mol-1

H2O(g)=H2O(l) ΔH =- 44kJ·mol-1

则1mol CH4(g)不完全燃烧生成CO和H2O(l) 的热化学方程式为：___________________________。

（2）甲烷转化为CO和H2的反应为：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH>0。

①一定条件下，CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如下图1所示。则P1________P2(填“<”、“>”或“=”) ；A、B、C 三点处对应的平衡常数(KA、KB、KC)由大到小的顺序为___________________。

②将CH4和H2O(g)按等物质的量混合，一定条件下反应达到平衡，CH4转化率为50%。则反应前与平衡后，混合气体的平均相对分子质量之比为________________。

（3）甲烷燃料电池工作原理如上图2所示。a气体是______________，b气体通入电极的反应式为__________。用该燃料电池作电源、以石墨作电极电解硫酸铜溶液，一段时间后，若将0.1mol Cu2(OH)2CO3溶解于该溶液，恰好使溶液恢复至起始成分和浓度，则燃料电池中理论上消耗CH4的体积(标准状况)为_________________。

（4）25℃时，H2CO3的电离常数分别为：Ka1=4.4×10-7mol·L-1；Ka2=5.0×10-11 mol·L-1。在20mL0.1 mol·L-1Na2CO3溶液中逐滴加入0.1 mol·L-1HCl溶液20mL，所得溶液pH=8。此溶液中各阴离子的物质的量浓度大小关系为__________________，=__________________。

Answer 1

【答案】 CH4(g)＋3/2O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)　ΔH＝-607 kJ/mol < KC>KB>KA 3:2（或：1.5） O2（或氧气） CH4＋2H2O－8e-===CO2+8H＋ 1.68 L c(Cl-)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(CO32-) 或：c(CO32-)<c(OH-)<c(HCO3-)<c(Cl-) 200

【解析】(1)①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g) +2H2O(g) ΔH =- 802 kJ·mol-1，②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH =-566kJ·mol-1，③H2O(g)=H2O(l) ΔH =- 44kJ·mol-1，根据盖斯定律，将①-×②+③×2得：CH4(g)＋3/2O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)　ΔH＝(- 802 kJ·mol-1)-(-566kJ·mol-1)× +(- 44kJ·mol-1)×2=-607 kJ/mol，故答案为：CH4(g)＋3/2O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)　ΔH＝-607 kJ/mol；

(2)①根据CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，相同温度下，增大压强，平衡逆向移动，CH4的平衡转化率减小，结合图像可知P1＜P2；该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，A、B、C 三点处对应的平衡常数由大到小的顺序为KC>KB>KA，故答案为：＜；KC＞KB＞KA；

②将CH4和H2O(g)按等物质的量混合，假设均为1mol，

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起始(mol) 1 1 0 0

反应(mol) 0.5 0.5 0.5 1.5

平衡(mol) 0.5 0.5 0.5 1.5

平衡后气体的物质的量为3mol，平衡前后，气体的质量不变，则混合气体的平均相对分子质量之比=：=，故答案为：；

(3)根据电子的移动方向可知，右侧电极为负极，通入的气体为甲烷，左侧电极为正极，通入的气体为氧气，甲烷在负极上发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为CH4＋2H2O－8e-==CO2+8H＋；用该燃料电池作电源、以石墨作电极电解硫酸铜溶液，一段时间后，若将0.1mol Cu2(OH)2CO3溶解于该溶液，恰好使溶液恢复至起始成分和浓度，说明电解生成的物质为：阴极上生成0.2molCu，0.1mol氢气，阳极上生成0.15mol氧气，转移电子0.15mol×4=0.6mol，则燃料电池中理论上消耗CH4的物质的量为=0.075mol，标准状况下的体积为0.075mol×22.4L/mol =1.68 L，故答案为：O2；CH4＋2H2O－8e-==CO2+8H＋；1.68 L；

(4)在20mL0.1 mol·L-1Na2CO3溶液中逐滴加入0.1 mol·L-1HCl溶液20mL，反应后的溶液中存在等浓度的NaHCO3和NaCl，浓度均为0.05mol/L，溶液pH=8，说明碳酸氢钠的水解程度大于电离程度，溶液显碱性，溶液中各阴离子的物质的量浓度大小关系为c(Cl-)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(CO32-)；====200，故答案为：c(Cl-)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(CO32-)；200。