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)
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)
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。
