Question

【題目】I.某反應(yīng)在體積為5L的恒容密閉的絕熱容器中進(jìn)行，各物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化情況如下圖所示（已知A、B、C均為氣體）。

(1)該反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________。

(2)反應(yīng)開始至2分鐘時(shí)，B的平均反應(yīng)速率為______________。

(3)能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是_________。

A.υ(A)=2υ(B) B.容器內(nèi)氣體密度不變 C.υ逆(A)=υ正(C)

D.各組分的物質(zhì)的量相等 E. 混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)

(4)由圖求得平衡時(shí)A的轉(zhuǎn)化率為________。

II.已知甲烷燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式為CH4+2O2CO2+2H2O，若以4mol/L 500mL KOH(aq)為電解質(zhì)溶液，將其設(shè)計(jì)為原電池，則

(1)其正極電極方程式為___________。

(2)至某時(shí)刻溶液中c(CO32-)=1mol/L，則導(dǎo)線上通過的電子的物質(zhì)的量為_____，此時(shí)消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下CH4體積_____ L 。（假設(shè)化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能；溶液體積保持不變）

Answer 1

【答案】2A(g)+B(g)2C(g) 0.1mol/(L·min) C、E 40% O2+4e-+2H2O=4OH- 4mol 11.2

【解析】

I.(1)從物質(zhì)的物質(zhì)的量的變化趨勢(shì)判斷反應(yīng)物和生成物，根據(jù)物質(zhì)的物質(zhì)的量變化值等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比書寫化學(xué)方程式；

(2)化學(xué)反應(yīng)速率是單位時(shí)間內(nèi)濃度的變化，據(jù)此可求得反應(yīng)速率；

(3)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分濃度不再變化，若存在有色物質(zhì)，則有色物質(zhì)的顏色也不再變化，據(jù)此對(duì)各選項(xiàng)進(jìn)行判斷；

(4)根據(jù)A達(dá)到平衡時(shí)已轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量與起始的物質(zhì)的量之比，可求得平衡時(shí)A的轉(zhuǎn)化率；

II.在甲烷燃料電池中，通入甲烷的電極為負(fù)極，甲烷被氧化產(chǎn)生的CO2與溶液中的KOH反應(yīng)產(chǎn)生K2CO3，通入O2的電極為正極，O2獲得電子發(fā)生還原反應(yīng)，可根據(jù)溶液中CO32-的物質(zhì)的量確定電子轉(zhuǎn)移數(shù)目及反應(yīng)的甲烷的物質(zhì)的量和體積。

I.(1)由圖象可以看出，A、B的物質(zhì)的量逐漸減小，則A、B為反應(yīng)物，C的物質(zhì)的量逐漸增多，所以C為生成物，當(dāng)反應(yīng)到達(dá)2min時(shí)，△n(A)=2mol，△n(B)=1mol，△n(C)=2mol，化學(xué)反應(yīng)中，各物質(zhì)的物質(zhì)的量的變化值與化學(xué)計(jì)量數(shù)呈正比，則△n(A)：△n(B)：△n(A)=2：1：2，所以反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2A(g)+B(g)2C(g)；

(2)由圖象可以看出，反應(yīng)開始至2分鐘時(shí)，△n(B)=1mol，B的平均反應(yīng)速率為v(B)===0.1 mol/(L·min)；

(3)A.υ(A)=2υ(B)不能說明正反應(yīng)和逆反應(yīng)的關(guān)系，因此無法判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡，A錯(cuò)誤；

B.容器的體積以及氣體的質(zhì)量不變，因此無論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，容器內(nèi)氣體密度都不變，B錯(cuò)誤；

C.在該反應(yīng)中A和C的計(jì)量數(shù)相等，當(dāng)v逆(A)=v正(C)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，說明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)了，C正確；

D.容器內(nèi)各物質(zhì)的物質(zhì)的量相等，不能說明各組分的濃度不再變化，無法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，D錯(cuò)誤；

E.氣體的質(zhì)量不變，但反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不等，若混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，E正確；

故合理選項(xiàng)是C、E；

(4)由圖象可知：達(dá)平衡時(shí)A的物質(zhì)的量變化為：△n(A)=5mol-3mol=2mol，因此A的轉(zhuǎn)化率為：×100%=40%；

II.在甲烷燃料電池中，通入甲烷的電極為負(fù)極，甲烷被氧化產(chǎn)生的CO2與溶液中的KOH反應(yīng)產(chǎn)生K2CO3，負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；

通入O2的電極為正極，O2獲得電子發(fā)生還原反應(yīng)，正極的電極反應(yīng)式為：O2+4e-+2H2O=4OH-

(2)反應(yīng)后產(chǎn)生的K2CO3的物質(zhì)的量為n(K2CO3)=c(CO32-)=1mol/L×0.5L=0.5mol，由負(fù)極電極反應(yīng)式CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O可知：每反應(yīng)產(chǎn)生1molCO32-，反應(yīng)消耗1mol甲烷，電子轉(zhuǎn)移8mol，則反應(yīng)產(chǎn)生0.5mol CO32-，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為n(e-)=0.5mol×8=4mol，反應(yīng)的甲烷的物質(zhì)的量是0.5mol，其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積V(CH4)=0.5mol×22.4L/mol=11.2L。