Question

【题目】碳及其化合物在能源和材料方面具有广泛的用途，回答下列问题：

（1）已知CH4(g)+ O2(g)=CO(g)+2H2O(l) =-607.31kJ/mol

2CO(g)+ O2(g)=2CO2(g) =-566.0kJ/mol

写出表示甲烷燃烧热的热化学方程式____________。

（2）天然气的一个重要用途是制取H2，其原理为：CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 。在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.125mol/L的CH4与CO2，在一定条件下发生反应，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如下图所示。则：

①压强P1_____P2（填 “>”或“<”）；

②压强为P2时，在Y点：v(正)_______v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。

③求Y点对应温度下的该反应的平衡常数K=_________。（计算结果保留两位小数）

（3）CO可以合成二甲醚，2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H<0，二甲醚可以作为燃料电池的原料。

①写出二甲醚在KOH做电解质条件下的负极电极反应式_____________________。

②利用此燃料电池以石墨为电极电解1L，0.5mol/L的CuSO4溶液，导线通过1mol电子时，假设溶液体积不变，则所得溶液pH=_________，理论上消耗二甲醚________g（保留小数点后两位）。

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2 O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) =-890.31kJ·mol-1 < > 2.56 CH3OCH3-12e- +16OH- =2CO32- +11H2O 0 3.83

【解析】试题分析：本题考查盖斯定律的应用，化学平衡的图像分析，化学平衡常数的计算，燃料电池电极反应式的书写，电化学的计算。

（1）将反应编号：CH4(g)+ O2(g)=CO(g)+2H2O(l) ΔH=-607.31kJ/mol（①式）

2CO(g)+ O2(g)=2CO2(g) ΔH=-566.0kJ/mol（②式）

应用盖斯定律，将①式+②式得，CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH=（-607.31kJ/mol）+（-566.0kJ/mol）=-890.31kJ/mol，甲烷燃烧热表示的热化学方程式为CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH=-890.31kJ/mol。

（2）①在横坐标上取一点作横坐标的垂直线，可见CH4的转化率：P1条件下P2条件下；该反应的正反应为气体分子数增加的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动，CH4的转化率减小；则P1P2。

②Y点不在曲线上，Y点没有达到平衡状态，Y点CH4的转化率小于该条件下的平衡值，反应正向进行，Y点：υ（正）υ（逆）。

③Y点对应温度下达到平衡时CH4的转化率为80%，用三段式

CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)

c（起始）（mol/L） 0.125 0.125 0 0

c（转化）（mol/L） 0.1 0.1250.8=0.1 0.2 0.2

c（平衡）（mol/L）0.025 0.025 0.2 0.2

反应的平衡常数K==2.56。

（3）①KOH作电解质，CH3OCH3被氧化成CO32-，CH3OCH3中C元素的平均化合价为-2价，1molCH3OCH3失去12mol电子，负极电极反应式为：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。

②n（CuSO4）=0.5mol/L1L=0.5mol，导线通过1mol电子时，阴极上Cu2+恰好完全还原为Cu，阳极电极反应式为：4OH--4e-=O2↑+2H2O，消耗水电离的OH-物质的量为1mol，则电解后溶液中由水电离产生的H+物质的量为1mol，c（H+）=1mol1L=1mol/L，所得溶液的pH=0。1molCH3OCH3失去12mol电子，导线通过1mol电子时消耗CH3OCH3物质的量为mol，消耗二甲醚的质量为mol46g/mol=3.83g。