Question

【题目】目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请回答下列问题：

Ⅰ.甲烷自热重整是一种先进的制氢方法，其反应方程式为CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。

(1)阅读下图，计算上述反应的反应热ΔH＝________kJ·mol－1。

Ⅱ.用CH4或其他有机物、O2为原料可设计成燃料电池。

(2)以CnH2nOn、O2为原料，H2SO4溶液为电解质设计成燃料电池，则负极的电极反应式为________________________________________________________________________。

(3)以CH4、O2为原料，100mL0.15mol·L－1NaOH溶液为电解质设计成燃料电池，若放电时参与反应的氧气体积为448mL(标准状况)，产生的气体全部被溶液吸收，则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为________________________，各离子浓度由大到小的顺序为________________________________________________________________________。

Ⅲ.利用I2O5消除CO污染的反应为5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)，不同温度下，向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入4molCO，测得CO2的体积分数随时间t变化曲线如下图。请回答：

(4)T2时，0～0.5min内的反应速率v(CO)＝________________。

(5)T1时化学平衡常数K＝________。

(6)下列说法不正确的是________（填标号）。

A．容器内气体密度不变，表明反应达到平衡状态

B．两种温度下，c点时体系中混合气体的压强相等

C．d点时，增大体系压强，CO的转化率不变

D．b点和d点时化学平衡常数的大小关系：Kb<Kd

Answer 1

【答案】＋161.1CnH2nOn－4ne－＋nH2O===nCO2＋4nH＋n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)＝1∶1c(Na＋)>c(HCO3－)>c(CO32－)>c(OH－)>c(H＋)1.6mol·L－1·min－11024BD

【解析】

Ⅰ.(1)由能量图，得①CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(g)△H=-846.3kJmoL-1，②CO2(g)═CO(g)+O2(g)△H=+282kJmoL-1，③O2(g)+H2(g)═H2O(g)△H=-241.8kJmoL-1，根据盖斯定律，将①-③×3+②得CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H=(-846.3+241.8×3+282)kJmoL-1=+161.1kJmoL-1；故答案为：+161.1；

(2)燃料电池中，负极上投放燃料所以投放甲烷的电极是负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为：CnH2nOn-4ne-+nH2O═nCO2+4nH+，故答案为：CnH2nOn-4ne-+nH2O═nCO2+4nH+；

(3)参与反应的氧气在标准状况下体积为448mL，物质的量为=0.02mol，假设生成二氧化碳，根据电子转移守恒可知，生成二氧化碳为=0.01mol，n(NaOH)=0.1L×0.15molL-1=0.015mol，n(NaOH)：n(CO2)=0.015mol：0.01mol=3：2，实质上发生反应2CO2+3NaOH=Na2CO3+NaHCO3+H2O，所以所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为n(Na2CO3)：n(NaHCO3)=1：1；溶液中碳酸根水解，碳酸氢根的水解大于电离，溶液呈碱性，故c(OH-)＞c(H+)，碳酸根的水解程度大于碳酸氢根，故c(HCO3-)＞c(CO32-)，钠离子浓度最大，水解程度不大，碳酸根浓度原大于氢氧根离子，故c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)，故答案为：n(Na2CO3)：n(NaHCO3)=1：1；c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)；

Ⅱ.(4)a点时：5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s)

起始量/mol 4 0

转化量/mol x x

a点量/mol 4-x x

根据a点时CO2的体积分数φ(CO2)==0.40，得x=1.6mol，

则从反应开始至a点时的反应速率为v(CO)==1.6molL-1min-1，故答案为：1.6molL-1min-1；

(5)T1时：5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s)

起始量/mol 0

转化量/moly y

b点量/mol4-y y

根据b点时CO2的体积分数φ(CO2)==0.80，得y=3.2mol，c(CO)=0.4molL-1，c(CO2)=1.6molL-1，T1时化学平衡常数K===1024，故答案为：1024；

(6)A．因为条件为恒容，而反应前后气体质量变化，所以容器内气体密度不变时，表明反应达到平衡状态，故A正确；B．c点为交点，气体物质的量分别相等，所以两种温度下，体系中混合气体的压强不等，故B错误；C．反应前后气体体积不变，压强变化对平衡无影响，CO的转化率不变，故C正确；D．b点比d点时生成物CO2体积分数大，说明进行的程度大，则化学平衡常数：Kb＞Kd，故D错误；故答案为：BD。