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（l）△H₁=-1214.6KJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566kJ/mol，则反应CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）的△H=

 

．
（2）将两个石墨电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH₄和O₂，构成甲烷燃料电池．
其负极电极反应式是：

 

．
（3）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所 需时间/min
		H2O	CO	CO2	CO
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①实验1中，以v（ H₂）表示的平均反应速率为：

 

．
②该反应的正反应为

 

 （填“吸”或“放”）热反应；
③若要实验3达到与实验2相同的平衡状态（即各物质的体积分数分别相等），则a、b应满足的关系是

 

（用含a、b的数学式表示）．
（Ⅱ）某小组运用工业上离子交换膜法制烧碱的原理，用如下图所示装置电解K₂SO₄溶液．
①该电解槽中通过阴离子交换膜的离子数

 

（填“＞”“＜”或“一”）通过阳离子交换膜的离子数；
②图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由小到大的顺序为

 

；
③电解一段时间后，B出口与C出口产生气体的质量比为

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,反应速率的定量表示方法,化学平衡的影响因素,电解原理

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（Ⅰ）（1）根据盖斯定律，通过已知方程式的变形求出目标方程式的热化学方程式；
（2）先写出燃料电池的总方程式，再写出正极的电极反应式，做差求出负极的电极反应式；
（3）①根据表中给出的数据可以求出v（CO）表示的平均反应速率，然后根据反应速率之比等于计量系数之比，求v（ H₂）表示的平均反应速率；
②通过表中两组数据求出不同温度下转化率，比较改变温度时转化率的变化判断化学平衡移动的方向，判断反应的热效应；
③根据等效平衡原理解答；
（Ⅱ）①依据电解池工作原理：阳电极反应式为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，由于在阴极放电的是H⁺，其中透过阳离子交换膜的H⁺数与透过阴离子交换膜的OH^-数相等，根据溶液呈电中性知，透过阳离子交换膜的K⁺数大于透过阴离子交换膜的SO₄^2-数；
②因为电解后生成的硫酸和氢氧化钾浓度大，故b＜a、c＜d，结合碱溶液pH值大于酸溶液pH值，可得b＜a＜c＜d；
③根据电解原理知：B出口产生的是氧气，C出口产生的是氢气，根据得失电子守恒，求出二者物质的量之比，然后转化为质量之比．

解答： 解：（Ⅰ）（1）①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）△H₁=-1214.6KJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566kJ/mol，
 根据盖斯定律

①-②

2

得CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=

△H1-△H2

2

=-890.3 kJ/mol，
故答案为：-890.3 kJ/mol；
（2）燃料电池的总反应式：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O；
正极的电极反应式：2O₂+8e^-+4H₂O=8OH^-；
用总电池反应式减去正极电极反应式得负极电极反应式：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
（3）①根据表中数据可知：反应前CO的浓度C（CO）=

n

V

=2mol/L，5min后浓度C（CO）′=

n

V

=1.2mol/L，则V（CO）=

△C

△t

=0.16 mol?L^-1?min^-1，根据同一反应用不同物质表示的速率之比等于方程式中各物质的计量系数之比得：V（CO）：V（H2）=1；1，所以   以v（ H₂）表示的平均反应速为：0.16 mol?L^-1?min^-1 ，
故答案为：0.16 mol?L^-1?min^-1；
②实验1中CO的转化率为：

(4-2.4)mol

4mol

×100%=40%，实验2中CO的转化率为：

(2-1.6)mol

2mol

×100%=20%，温度升高，反应物转化率降低，平衡向逆向移动，逆向为吸热反应，所以正向为放热反应，故答案为：放；
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反应特点：前后气体系数相等，要想在恒温恒容条件下建立等效平衡，只需各物质的物质的量之比应相等．
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
实验2          1mol      2mol        0       0
实验3           a           b        0        0         
所以只要当a：b=1：2时，实验3达到与实验2达到相同的平衡状态，
故答案为：a：b=1：2；
（Ⅱ）①依据电解池工作原理：阳电极反应式为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，阴极放电的是H⁺，透过阳离子交换膜的H⁺数与透过阴离子交换膜的OH^-数相等，因为溶液呈电中性，所以透过阳离子交换膜的K⁺数大于透过阴离子交换膜的SO₄^2-数，
故答案为：＜；
②因为电解后生成的硫酸和氢氧化钾浓度大，故b＜a、c＜d，结合碱溶液pH值大于酸溶液pH值，可得b＜a＜c＜d，故答案为：b＜a＜c＜d；
③根据电解原理知：B出口产生的是氧气，C出口产生的是氢气，根据得失电子守恒，n（O₂）：n（H₂）=1：2，所以其质量之比为：8：1，故答案为：8：1．

点评：本题考查了盖斯定律的计算应用，原电池电极反应的书写方法，化学平衡的影响因素分析判断，平衡常数计算应用，电解池的工作原理，题目综合性强，难度中等．