Question

12．开发新能源，使用清洁燃料，可以达到减少污染的目的．
（1）由C、H、O三种元素中的两种和三种分别组成的燃料物质甲和乙，其分子中均有氧，且1个乙分子中含有18个电子，则甲和乙分别是CO、CH₃OH．乙是一种清洁燃料，工业上可用甲和氢气反应制得．
①T₁温度时，在体积为2L的密闭容器中充入2mol甲和6mol H₂，反应达到平衡后，测得c（甲）=0.2mol/L，则乙在平衡混合物中的物质的量分数是0.33．（保留两位有效数字）
②升高温度到T₂时，反应的平衡常数为1，下列措施可以提高甲的转化率的是C（填字母）．
A．加入2mol甲     B．充入氮气     C．分离出乙     D．升高温度
（2）甲烷也是一种清洁燃料，但不完全燃烧时热效率降低并会产生有毒气体造成污染．已知：
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
则甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和液态水时的热效率是完全燃烧时的0.7倍（计算结果保留1位小数）．
（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率．右图是利用甲烷燃料电池电解50mL 2mol/L的氯化铜溶液的装置示意图（O^2-可以在固态电解质中自由移动）．请回答：
①甲烷燃料电池的负极反应式是CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂+2H₂O．
②当线路中有0.1mol电子通过时，b（填“a”或“b”）极增重3.2g．

Answer 1

分析 （1）由C、H、O三种元素中的两种和三种分别组成的燃料物质甲和乙，其分子中均有氧，且1个乙分子中含有18个电子，则甲为CO、乙为CH₃OH．
①反应达到平衡后，测得c（甲）=0.2mol/L，CO为2L×0.2mol/L=0.4mol，则：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：2     6         0
转化量（mol）：1.6   3.2       1.6
平衡量（mol）：0.4   2.8       1.6
甲醇物质的量分数=$\frac{甲醇物质的量}{混合气体总物质的量}$；
②温度T₁时平衡常数K=$\frac{\frac{1.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×（\frac{2.8}{2}）^{2}}$=2.04，升高温度到T₂时，反应的平衡常数为1，平衡常数减小，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应．
A．加入2mol甲，甲的转化率降低；
B．恒温恒容下，充入氮气，平衡不移动；
C．分离出乙，平衡正向移动；
D．升高温度平衡逆向移动；
（2）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
根据盖斯定律，①×2-②得到：2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-1214.6kJ/mol，
再计算1mol甲烷不完全燃烧、完全燃烧发生热量，可得热效率关系；
（3）①负极发生氧化反应，甲烷在负极失去电子，与通过固体电解质的氧离子结合生成二氧化碳与水；
②B为电解池，铜离子发生还原反应，在阴极上析出，该极连接原电池的负极，根据转移电子计算生成Cu的物质的量，再根据m=nM计算生成Cu的质量．

解答 解：（1）由C、H、O三种元素中的两种和三种分别组成的燃料物质甲和乙，其分子中均有氧，且1个乙分子中含有18个电子，则甲为CO、乙为CH₃OH，故答案为：CO、CH₃OH；
①反应达到平衡后，测得c（甲）=0.2mol/L，CO为2L×0.2mol/L=0.4mol，则：
           CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：2    6       0
转化量（mol）：1.6   3.2    1.6
平衡量（mol）：0.4   2.8    1.6
甲醇物质的量分数=$\frac{1.6mol}{4.8mol}$=0.33，故答案为：0.33；
②温度T₁时平衡常数K=$\frac{\frac{1.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×（\frac{2.8}{2}）^{2}}$=2.04，升高温度到T₂时，反应的平衡常数为1，平衡常数减小，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应．
A．加入2molCO，CO的转化率降低，故A错误；
B．恒温恒容下，充入氮气，各组分浓度不变，平衡不移动，CO转化率不变，故B错误；
C．分离出乙，平衡正向移动，CO的转化率增大，故C正确；
D．升高温度平衡逆向移动，CO的转化率减小，故D错误，
故选：C；
（2）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
根据盖斯定律，①×2-②得到：2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-1214.6kJ/mol，
1mol甲烷不完全燃烧的热效率是完全燃烧的$\frac{\frac{1214.6kJ}{2}}{890.3kJ}$=0.7倍，
故答案为：0.7；
（3）①负极发生氧化反应，甲烷在负极失去电子，与通过固体电解质的氧离子结合生成二氧化碳与水，负极电极反应式为：CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂+2H₂O，故答案为：CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂+2H₂O；
②B为电解池，铜离子发生还原反应，在阴极析出，该极连接原电池的负极，故在b电极析出Cu，b电极的质量增重，转移0.1mol电子，析出铜的物质的量为$\frac{0.1mol}{2}$=0.05mol，故析出铜的质量为0.05mol×64g/mol=3.2g，
故答案为：b； 3.2．

点评 本题比较综合，涉及化学平衡计算、盖斯定律应用、电化学基础等，注意电化学计算中电子转移守恒应用，难度中等．