题目内容
【题目】碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛,在提倡健康生活已成潮流的今天,“低碳生活”不再只是一种理想,更是一种值得期待的新的生活方式。
(1)甲烷燃烧放出大量的热,可作为能源用于人类的生产和生活。
已知:①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l) △H=—1214 kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H= —566kJ/mol
则表示甲烷燃烧热的热化学方程式____________________________________________。
(2)氢气、甲烷、甲醇是优质的清洁燃料,可制作燃料电池。
某同学利用甲烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如下图所示),通电后,溶液中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色。下列说法中正确的是___________(填序号)
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A.电源中的a一定为正极,b一定为负极
B.不能用NaCl溶液作为电解液
C.A、B两端都必须用铁作电极
D.阴极发生的反应是:2H++ 2e-= H2↑
(3)生产甲醇的原料CO和H2来源于:CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g)
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①一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图,则Pl_________P2;A、B、C三点处对应平衡常数(KA、KB、KC)的大小顺序为___________(填“<”、“>”“=”)
②100℃时,将1mol CH4和2mol H2O通入容积为10L的反应室,反应达平衡的标志是:_______
a.容器的压强恒定
b.单位时间内消耗0.1mol CH4同时生成0.3mol H2
c.容器内气体密度恒定
d.3v(CH4)=v(H2)
e. 容器内气体平均相对分子质量恒定
③如果将1mol CH4和2mol H2O通入容积为10L的反应室达到平衡时CH4的转化率为50%,则100℃时该反应的平衡常数K=___________。
(4)已知2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g)△H=-akJmol-1(a>0),在一个容积固定的容器中加入2mol H2和1mol CO,在500℃时充分反应,达平衡后CH3OH的浓度为W molL-1。反应平衡后,若向原来容器中再加入2mol H2和1mol CO,500℃充分反应再次达平衡后,则CH3OH浓度___________2WmolL-1(填“>”、“<”或“=”)。
(5)某实验小组利用CO(g)、O2(g)、KOH(aq)设计成如图所示的电池装置,
①负极的电极反应式为___________,
②用该原电池做电源,用惰性电极电解200mL饱和食盐水(足量),消耗标准状况下的CO 224mL,则溶液的pH=___________
【答案】CH4(g)+2O2(g)
CO2(g)+2H2O(l) △H=-890kJ.mol-1 AD < KC>KB>KA ae 2.25×10-2(mol/L)2 > CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O 13
【解析】
(1)甲烷完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水,所以甲烷燃烧热的热化学方程式中甲烷的物质的量是1mol,将①②相加除以2可得反应CH4(g)+2O2(g)
CO2(g)+2H2O(l) △H=
(△H1+△H2)=-890kJ.mol-1,答案为CH4(g)+2O2(g)
CO2(g)+2H2O(l) △H=-890kJ.mol-1;
(2)A、电解过程中两极分别是H+和Fe放电生成氢气和亚铁离子,通电后,溶液中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色,则当A电极用铁作阳极时,产生的沉淀下沉不会影响阳极的电极反应,从而可以产生大量的沉淀,所以a为正极,b为负极,B端生成氢气可以保护沉淀、防止沉淀被氧化,选项A正确;
B、在装置中铁一定作阳极,所以氯化钠溶液是电解质溶液,不影响阳极Fe放电生成亚铁离子,阴极H+放电生成氢气,选项B错误;
C、装置中铁一定作阳极,阴极可以是铁,也可以是其他惰性电极,选项C错误;
D、阴极H+放电生成氢气,选项D正确。
答案选AD;
(3)①根据一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系图知道,温度不变,则增大压强,平衡CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)逆向移动,甲烷的转化率减小,所以Pl<P2,压强不变升高温度,甲烷的转化率会增大,平衡正向进行,所以反应是吸热反应,温度越高,K越大,A、B、C三点处对应的温度是逐渐升高的,所以平衡常数(KA、KB、KC)的大小顺序为KC>KB>KA;
②a.反应是前后系数和变化的反应,当容器的压强恒定,则达到了平衡,故正确;
b.单位时间内消耗0.1mol CH4同时生成0.3molH2,只能说明正反应速率,不能证明正逆反应速率相等,不一定平衡,故错误;
c.容器内气体密度=
,质量是守恒的,V是不变的,所以密度始终不变,当密度不变时,不一定平衡,故错误;
d.3v正(CH4)=v逆(H2),没有说明是正反应速率还是逆反应速率,能体现v(正)=v(逆),应为3v正(CH4)=v逆(H2)才可行,故错误;
e. 反应是前后系数和变化的反应,容器内气体质量恒定,气体总物质的量在变,则平均相对分子质量恒定时则反应达到平衡状态,故正确;
故选ae;
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
初始浓度:0.1 0.2 0 0
变化浓度:0.05 0.05 0.05 0.15
平衡浓度:0.05 0.15 0.05 0.15
所以平衡常数K=
=2.25×10-2(mol/L)2;
(4)已知2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g)△H=-akJmol-1(a>0),在一个容积固定的容器中加入2mol H2和1mol CO,在500℃时充分反应,达平衡后CH3OH的浓度为W molL-1。反应平衡后,若向原来容器中再加入2mol H2和1mol CO,500℃充分反应再次达平衡后,假如平衡不移动,容积不变,则CH3OH浓度等于2WmolL-1,但由于反应为气体体积缩小的反应,则同等程度增大反应物的浓度相当于增大压强,平衡正向移动,甲醇的浓度增大,则大于2WmolL-1;
(5)在CO(g)、O2(g)、KOH(aq)设计成的燃料电池装置中,CO发生氧化反应,在负极失去电子碱性条件下生成碳酸根与水,负极电极反应式为:CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O,用该原电池做电源,常温下,用惰性电极电解200mL饱和食盐水(足量),当消耗的标准状况下的CO 224mL,即0.01mol时,转移电子是0.02mol,根据电解氯化钠的反应方程式:2NaCl+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑,当转移电子是0.02mol时,生成氢氧化钠的物质的量是0.02mol,所以氢氧化钠浓度是
=0.1mol/L,即pH=13。