Question

14．丙烷在燃烧时能放出大量的热，它也是液化石油气的主要成分，作为能源应用于人们的日常生产和生活．
已知：①2C₃H₈（g）+7O₂（g）=6CO（g）+8H₂O（l）；△H=-2741.8kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol
（1）反应C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）的△H=-2219.9KJ/mol
（2）C₃H₈在不足量的氧气里燃烧，生成CO和CO₂以及气态水，将所有的产物通入一个固定体积的密闭容器中，在一定条件下发生如下可逆反应：CO （g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂ （g）
①下列事实能说明该反应达到平衡的是bd．
a．体系中的压强不发生变化                  b．υ_正（H₂）=υ_逆（CO）
c．混合气体的平均相对分子质量不发生变化    d．CO₂的浓度不再发生变化
②T℃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表：

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．则第4～5min之间，改变的条件增加H₂浓度，第5～6min之间，改变的条件是增加H₂O（g）浓度．
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0.01mol/L，则CO在此条件下的转化率为75%．又知397℃时该反应的平衡常数为12，请判断该反应的△H＜0 （填“＞”、“=”、“＜”）．
（3）依据（1）中的反应可以设计一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丙烷气体；燃料电池内部是熔融的掺杂着氧化钇（Y₂O₃）的氧化锆（ZrO₂）晶体，在其内部可以传导O^2-．在电池内部O^2-移向负极（填“正”或“负”）；电池的负极反应式为C₃H₈+10O^2--20e-=3CO₂+4H₂O．
（4）用上述燃料电池用惰性电极电解足量Mg（NO₃）₂和NaCl的混合溶液．电解开始后阴极的现象为有无色气体生成，有白色沉淀生成．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律来计算丙烷完全燃烧的反应热，由①2C₃H₈（g）+7O₂ （g）=6CO （g）+8H₂O△H₁=-2741.8kJ/mol，
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566kJ/mol，根据盖斯定律可知，$\frac{①+②×3}{2}$可得；
（2）①反应为气体体积不变的反应，利用平衡的特征“等”、“定”及由此衍生的一些量来分析；
②第4～5min之间，反应物的浓度增大，二氧化碳的浓度减小，平衡向正反应方向移动；第5～6min之间，生成物的浓度增大，且水的浓度增大，则改变条件是增大水的量；化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；根据化学平衡常数计算生成物的浓度，转化率等于反应的浓度与初始浓度的比；420℃时，该化学反应的平衡常数为9，又知397℃时该反应的平衡常数为12，升高温度平衡常数减小，则平衡逆向移动，正反应为放热反应；
（3）原电池内部阴离子向由正极向负极移动；原电池负极放出氧化反应，丙烷在负极放电，与O^2-结合生成二氧化碳与水；
（4）电解池阴极发生还原反应，阳离子在阴极放电，H⁺（实际是水）在阴极放电生成氢气，产生氢氧根离子，氢氧根离子与镁离子反应生成氢氧化镁沉淀．

解答 解：（1）由①2C₃H₈（g）+7O₂ （g）=6CO （g）+8H₂O△H₁=-2741.8kJ/mol，
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566kJ/mol，
根据盖斯定律可知，$\frac{①+②×3}{2}$可得C₃H₈（g）+5O₂ （g）=3CO₂ （g）+4H₂O，
其反应热为$\frac{（-2741.8KJ/mol）+（-566KJ/mol）×3}{2}$=-2219.9KJ/mol，
故答案为：-2219.9KJ/mol；
（2）①a．由反应可知，反应前后的压强始终不变，则体系中的压强不发生变化，不能判断平衡，故a错误；                   
b．v_正（H₂）=v_逆（CO），说明一氧化碳正逆反应速率相同，说明反应达到平衡状态，故b正确；
c．，因体积不变，气体的总质量不变，气体体积不变，所以混合气体的平均摩尔质量始终不变，不发生变化，不能判断平衡，故c错误；               
d．CO₂的浓度不再发生变化，由平衡的特征“定”可知，则化学反应达到平衡，故d正确；
故答案为：bd；
②第4～5min之间，反应物的浓度增大，二氧化碳的浓度减小，平衡向正反应方向移动，则改变条件是增大氢气浓度，第5～6min之间，生成物的浓度增大，且水的浓度增大，则改变条件是增大水浓度，420℃时，设参加反应的CO的浓度为x，则K=$\frac{x×x}{（0.01-x）（0.01-x）}$=9，解之得x=0.0075mol/L，则在此条件下的转化率为$\frac{0.0075mol/L}{0.01mol/L}$×100%=75%，420℃时，该化学反应的平衡常数为9，又知397℃时该反应的平衡常数为12，升高温度平衡常数减小，则平衡逆向移动，正反应为放热反应，则△H＜0，
故答案为：增加H₂浓度；增加H₂O（g）浓度；75%；＜；
（3）原电池内部阴离子向由正极向负极移动，所以电池内部O^2-由正极移向负极；原电池负极放出氧化反应，丙烷在负极放电，与O^2-结合生成二氧化碳与水，电极反应式为C₃H₈+10O^2--20e-=3CO₂+4H₂O．
故答案为：负；C₃H₈+10O^2--20e-=3CO₂+4H₂O．
（4）电解池阴极发生还原反应，阳离子在阴极放电，水在阴极放电，电极反应式为2H₂O-2e-=H₂↑+2OH^-，同时反应反应Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，故电解开始后阴极的现象为：有无色气体生成，有白色沉淀生成．
故答案为：有无色气体生成，有白色沉淀生成．

点评 本题考查盖斯定律、反应热的计算、化学反应速率、原电池、影响化学平衡的因素、平衡常数的有关计算，题目难度中等．