题目内容

17．CH4、H2、C都是优质的能源物质，它们燃烧的热化学方程式为：
①CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ/mol
②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-571.6kJ/mol
③C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=-393.5kJ/mol
（1）深海中存在一种甲烷细菌，它们依靠酶使甲烷与O2作用产生的能量存活，甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水，放出的能量=（填“＞”“＜”或“=”）890.3kJ．
（2）甲烷与CO2可用于合成合成气（主要成分是一氧化碳和氢气）：CH4+CO2═2CO+2H2，1gCH4完全反应可释放15.46kJ的热量，则：
①图1中能表示该反应过程中能量变化的是D（填字母）．

②若将物质的量均为1mol的CH4与CO2充入某恒容密闭容器中，体系放出的热量随着时间的变化如图2所示，则CH4的转化率约为63%．
（3）C（s）与H2（g）不反应，所以C（s）+2H2（g）═CH4（g）的反应热无法直接测量，但通过上述反应可求出C（s）+2H2（g）═CH4（g）的反应热△H=-74.8kJ•mol-1 ．
（4）图3是甲烷燃料电池原理示意图，请回答下列问题：
①电池的负极是a（填“a”或“b”）电极，正极上的电极反应是O2+2H2O+4e-=4OH-；．
②电池工作一段时间后电解质溶液的pH减小（填“增大”“减小”或“不变”）．

分析 （1）CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=-890，.3kJ•mol-1，得到甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水放出的热量；
（2）①甲烷与CO2可用于合成合成气（主要成分是一氧化碳和氢气）：CH4+CO2═2CO+2H2，1g CH4完全反应可释放15.46kJ的热量，计算1mol甲烷完全反应放出的热量，反应为放热反应，据此分析图象判断；
②依据①计算得到的反应的焓变，图中是反应达到平衡状态时放热155.8KJ，计算反应的甲烷得到转化率；
（3）已知：①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）；△H1=-890.3kJ/mol；
②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-571.6kJ•mol-1
③C（s）+O2（g）=CO2（g）；△H2=-393.5kJ/mol
反应C（石墨，s）+2H2（g）=CH4（g）可以是②+③-①得到，由此分析解答；
（4）①碱性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为原电池的负极，通入氧气的一极为原电池的正极，负极上是燃料发生失电子的氧化反应；
②根据燃料电池的总反应方程式判断pH的变化．

解答 解：（1）CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=-890，.3kJ•mol-1，得到甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水放出的热量等于890，.3kJ•mol-1，
故答案为：=；
（2）①甲烷与CO2可用于合成合成气（主要成分是一氧化碳和氢气）：CH4+CO2═2CO+2H2，1g CH4完全反应可释放15.46kJ的热量，计算1mol甲烷完全反应放出的热量=15.46KJ×16=247.36KJ，反应焓变△H=-247.36KJ/mol，反应为放热反应，反应物能量高于生成物，反应的热化学方程式为：CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g），△H=-247.36KJ/mol，符合能量变化的图象只有D符合，
故答案为：D；  
 ②反应的热化学方程式为：CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g），△H=-247.36KJ/mol，图象可知反应达到平衡状态放出热量155.80KJ，则反应的甲烷物质的量=$\frac{155.80KJ}{247.36KJ/mol}$=0.63mol，甲烷转化率为63%，
故答案为：63%；
（3）已知：①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）；△H1=-890.3kJ/mol；
②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-571.6kJ•mol-1
③C（s）+O2（g）=CO2（g）；△H2=-393.5kJ/mol
盖斯定律计算，②+③-①得到，反应C（石墨，s）+2H2（g）=CH4（g）△H=-74.8 kJ•mol-1，
故答案为：-74.8 kJ•mol-1；
（4）：①碱性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极a为原电池的负极，该极上是燃料发生失电子的氧化反应，通入氧气的一极为原电池的正极，发生得电子的还原反应，即O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案为：a；O2+2H2O+4e-=4OH-；
②在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，电池工作一段时间后，由于氢氧根离子被消耗，所以电解质溶液的pH会减小，
故答案为：减小．

点评 本题考查了热化学方程式书写、盖斯定律计算、反应热与能源及燃料电池工作原理，为高频考点，把握物质的性质、反应中的能量变化及从氧化还原的角度判断原电池的正负极以及电极方程式的书写为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意化学研究方案的可行性分析，题目难度中等．

练习册系列答案
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11．近期发现，H2S是继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调解神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能．回答下列问题：
（1）下列事实中，不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是D（填标号）．
A．氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应，而亚硫酸可以
B．氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸
C.0.10mol•L-1的氢硫酸和亚硫酸的pH分别为4.5和2.1
D．氢硫酸的还原性强于亚硫酸
（2）下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理．

通过计算，可知系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）制氢的热化学方程式分别为H2O（l）=H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）△H=+286kJ/mol、H2S （g）=H2（g）+S（s）△H=+20kJ/mol，制得等量H2所需能量较少的是系统（Ⅱ）．
（3）H2S与CO2在高温下发生反应：H2S（g）+CO2（g）?COS（g）+H2O（g）．在610k时，将0.10mol CO2与0.40mol H2S充入2.5L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02．
①H2S的平衡转化率a1=2.5%，反应平衡常数K=0.00285．
②在620K重复试验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率a2＞a1，该反应的△H＞0．（填“＞”“＜”或“=”）
③向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是B（填标号）
A．H2S        B．CO2C．COS        D．N2．
3．下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是（　　）
A．活性炭具有还原性，可用作冰箱除味剂
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C．Al2O3具有很高的熔点，可用于制造熔融烧碱的坩埚
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5．食盐是日常生活必需品，也是重要的化工原料．
（1）某种粗盐含有少量Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等杂质离子，实验室提纯该粗盐的流程如下：
粗盐溶解$\stackrel{加入试剂}{→}$ $\stackrel{过滤}{→}$滤液$\stackrel{适量盐酸}{→}$ $\stackrel{蒸发、结晶、烘干}{→}$纯NaCl
提供的试剂有：
a．饱和Na2CO3溶液        b．饱和K2CO3溶液       c．NaOH溶液
d．BaCl2溶液               e．Ba（NO3）2溶液
欲除去粗盐溶液中的Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-离子，需依次加入三种试剂，顺序依次为dca（或dac或cda）（填序号）
（2）食盐是工业上生产氯气和烧碱的重要原料．下图是工业上电解饱和食盐水的离子交换膜电解槽示意图（阳极用金属钛网制成，阴极由 碳钢网制成）．
①F电极是阴极 （填阴极或阳极）；G处进口的物质是精制的饱和食盐水电解总反应的离子方程式为2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl2↑+H2↑+2OH-；
②通电几分钟后，如果将直流电源的正负极与电极接反，在电极F附近可以观察到的现象是溶液中产生白色沉淀，然后迅速灰绿色，最终变为红褐色，碳钢网电极被腐蚀
（3）采用无膜电解槽电解饱和食盐水（离子交换膜更换为搅拌器），可制取次氯酸钠溶液作消毒液，制取消毒液的离子反应方程式为2OH-+Cl2=Cl-+ClO-+H2O（或Cl-+H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$ClO-+H2↑），当收集到22.4L标准状况下的H2时，理论上所得混合溶液中次氯酸钠的质量最多为74.5g．
12．将打磨后的镁条放入盛有50mL蒸馏水的烧杯中，用pH传感器和浊度传感器监测溶液中pH和溶液浊度随时间的变化如图．下列有关描述正确的（　　）
A．该实验是在常温下进行的
B．实线表示溶液浊度随时间的变化
C．50s时向溶液中滴入酚酞试液，溶液变红
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2．W、X、Y、Z、M、N六种主族元素，它们在周期表中位置如图所示，下列说法正确的是（　　）
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B．单质的还原性：X＞Y，简单氢化物的沸点：Z＞W
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D．元素N位于金属与非金属的分界线附近，可以推断N的单质可作   半导体材料
9．SO3是工业上重要的中间体，从结构上去研究和认识它很有必要．已知SO3有单 体、三聚体和纤维状分子．
（1）SO3中S的杂化轨道类型为sp2，其中氧元素位于元素周期表中第二周期ⅥA族．
（2）三聚体（SO3）3和纤维状（SO3）n的关系为D（填字母）．
A．同系物  B．同分异构体C．同素异形体D．所含元素种类相同
（3）在液态时单体和三聚体（SO3）3处于平衡状态，温度越高，三聚体（填“单体”或“三聚体”）越少．
（4）SO3可用于工业上制硫酸，纯硫酸是无色油状的液体，黏度较好，其原因是硫酸分子间存在氢键．
6．利用废旧镀锌铁皮可制备磁性Fe3O4胶体粒子及副产物ZnO．制备流程图如下：

己知：Zn及其化合物的性质与Al及其化合物的性质相似．下列相关说法错误的是（　　）
A．用NaOH溶液处理废旧镀锌铁皮的作用是去除油污、溶解镀锌层
B．调节溶液A的pH产生Zn（OH）2沉淀，经抽滤、洗涤、灼烧即可制得ZnO
C．由溶液B制得Fe3O4胶体粒子的过程中，须持续通N2，其原因是防止Fe2+被氧化
D．Fe3O4胶体粒子能用减压过滤法实现固液分离
15．某化学反应2X（g）=Y（g）+Z（s）的能量变化如图所示．下列说法正确的是（　　）
A．引发该反应一定需要加热或点燃等条件
B．E1逆反应的活化能，E2是正反应的活化能
C．催化剂能减小E1和E2，但不改变反应的焓变
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