Question

（Ⅰ）碳和碳的化合物在人类生产、生活中的应用非常广泛．“低碳生活”不再只是一种理想，更是一种值得期待的生活方式．
（1）甲烷燃烧时放出大量的热，可作为能源应用于人类的生产和生活．
已知：①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（1）；△H₁=-1214.6kJ/mol；
     ②2CO（g）+O₂（g）═CO₂（g）；△H₂=-566kJ/mol
则反应CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（1）的△H=

 

（2）CO的中毒是由于CO与血液中血红蛋白的血红素部分反应生成碳氧血红蛋白，反应方程式可表示为：
CO+Hb?O₂?O₂+Hb?CO．实验表明，c（Hb?CO）即使只有c（Hb?O₂）的 

1

50

，也可造成人的智力损伤．已知t℃时上述反应的平衡常数K=200，吸入肺部O₂的浓度约为1.0×10^-2mol?L^-1，若使c（Hb?CO）小于c（Hb?O₂）的 

1

50

，则吸入肺部CO的浓度不能超过

 

 mol?L^-1．
（3）煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题．
已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常数随温度的变化如下表，试回答下列问题

温度/℃	400	500	830	1000
平衡常数K	10	9	1	0.6

①在830℃发生上述反应，以下表中的物质的量投入恒容反应器，其中向正反应方向移动的有

 

（选填A、B、C、D）．

	A	B	C	D
n（CO2）	3	1	0	1
n（H2）	2	1	0	1
n（CO）	1	2	3	0.5
n（H2O）	5	2	3	2

②25℃时，将a mol NH₄NO₃溶于水，向该溶液中加入bL氨水后溶液呈中性，则所加氨水的浓度为

 

mol?L^-1（用含a、b的代数式表示，NH₃?H₂O的电离平衡常数为K_b=2×10^-5）
（4）将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：
2CO₂（g）+6H₂（g）

催化剂

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下表：

投料比[ n(H2) n(CO2) ]	500K	600K	700K	800K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

①该反应的焓变△H

 

0，熵变△S

 

0（填＞、＜或=）．
②用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式

 

．若以4.48L?min^-1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为-24.9℃），用该电池电解100mL 2mol?L^-1 CuSO₄溶液，通电0.5min后，理论上可析出金属铜

 

g．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,反应热和焓变,热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡建立的过程

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）根据平衡常数K=

c(O2)c(Hb?CO)

c(CO)c(Hb?O2)

=200代入公式计算；
（3）①在830℃，K=1，c（CO₂）?c（H₂）=c（CO）?c（H₂O），在同一容器中，n（CO₂）?n（H₂）=n（CO）?n（H₂O），根据乘积的比值判断反应方向；
②写出铵离子水解方程式，根据平衡移动原理判断；根据氨水电离平衡常数表达式计算；
（4）①2CO₂（g）+6H₂（g）

催化剂

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），依据反应特征和图表数据变化分析，随温度升高二氧化碳转化率减小，酸钠平衡逆向进行，正向是放热反应，反应前后气体体积减小，熵变△S＜0；
②甲醚作为燃料电池的原料．甲醚在负极失电子发生氧化反应，依据电极书写方法写出电极反应；甲醚燃料电池为原电池做电源电解硫酸铜溶液，锌接原电池负极做阴极，依据电解原理，阳离子移向阴极，结合电极反应电子守恒计算．

解答： 解：（1）①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（1）△H₁=-1214.6kJ/mol，
②2CO（g）+O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-566kJ/mol，
由盖斯定律（①+②）÷2得到反应的热化学方程式为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（1）△H=-890.3 kJ/mol，
故答案为：-890.3 kJ/mol；
（2）根据平衡常数K=

c(O2)c(Hb?CO)

c(CO)c(Hb?O2)

=200，若使c（Hb?CO）小于c（Hb?O₂）的

1

50

，且吸入肺部O₂的浓度约为1.0×10^-2mol?L^-1，则有

c(O2)

c(CO)

＞200×50，则吸入肺部CO的浓度不能超过

1.0×10-2mol/L

10000

=1.0×10^-6mol?L^-1，
故答案为：1.0×10^-6；
（3）①由于在830℃，c（CO₂）?c（H₂）=c（CO）?c（H₂O），因为在同一容器中，所以n（CO₂）?n（H₂）=n（CO）?n（H₂O），反应向着正向移动，必须满足n（CO₂）?n（H₂）＜n（CO）?n（H₂O），满足关系的有
A、5×1＜2×3，反应向着逆向移动，故A错误；
B、2×2＞1×1，反应向着正向移动，故B正确；
C、3×3＞0×0，反应向着正向移动，故C正确；
D、2×0.5=1×1，达到平衡状态，故D错误；
故选B、C；
②25℃时，将a mol NH₄NO₃溶于水，向该溶液中加入bL氨水后溶液呈中性，（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液中电荷守恒得到，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-），n（NH₄⁺）=n（NO₃^-）=amol，设混合后溶液体积为1L，（NH₄⁺）=c（NO₃^-）=amol/L；根据一水合氨电离平衡得到：NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-，氨水电离平衡常数表达式：K_b=2×10^-5 mol?L^-1=

c(NH4+)c(OH-)

c(NH3?H2O)

=

amol/L×10-7mol/L

bL×c(NH3?H2O)

=2×10^-5 mol?L^-1，计算得到c（NH₃?H₂O）=

a

200b

mol/L，
故答案为：

a

200b

；
（4）①依据图表数据分析，平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，正反应为放热反应，△H＜0，反应前后气体体积减小，熵变△S＜0；
故答案为：＜；＜；
②若用甲醚作为燃料电池的原料，甲醚在负极失电子反应氧化反应，在碱性介质中电池负极的电极反应式：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
甲醚燃料电池设计如图所示的装置，甲醚燃料电池为原电池做电源电解硫酸铜溶液，阴极电极反应为Cu²⁺+2e^-=Cu，通入甲醚（沸点为-24.9℃）的速率为4.48L?min^-1（标准状况），则通电0.5min后消耗甲醚的物质的量是2.24L即0.1mol，根据反应CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，这些甲醚伴随着1.2mol电子转移，阴极电极反应为Cu²⁺+2e^-=Cu，当转移电子1.2mol时，析出金属铜的物质的量是0.6mol，用该电池电解100mL 2mol?L^-1 CuSO₄溶液，铜离子全部析出物质的量为0.1L×2mol/L=0.2mol，依据电子守恒可知，溶液中铜离子全部析出，质量是0.2mol×64g/mol=12.8g，
故答案为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；12.8．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡常数的影响因素判断，原电池、电解池的电极反应书写，原理应用和电子守恒计算，题目难度中等．