Question

12．丙烷曾多次作為奧運(yùn)會(huì)火炬燃料，它也是液化石油氣的主要成分．已知：
①2C₂H₈（g）+7O₂（g）=6CO（g）+8H₂O（l）△H=-2741.8kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol
（1）反應(yīng)C₂H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）的△H=-2219.9kJ/mol．
（2）C₂H₈在不足量的氧氣里燃燒，生成CO和CO₂以及氣態(tài)水，將所有的產(chǎn)物通入一個(gè)固定體積的密閉容器中，在一定條件下發(fā)生如下可逆反應(yīng)：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
①下列事實(shí)能說明該反應(yīng)以達(dá)到平衡的是bd．
a．體系中的壓強(qiáng)不發(fā)生反應(yīng)
b．v_正（H₂）=v_逆（CO）
c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再發(fā)生變化
d．CO₂的濃度不再發(fā)生變化
②T℃時(shí)，在一定體積的容器中通入一定量的CO（g）和H₂O（g），發(fā)生反應(yīng)并保持溫度不變，各物質(zhì)濃度變化如下表：

時(shí)間/min	CO	H2O（g）	CO2	H2
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	0.100	0.200	0.100	0.100
4	0.100	0.200	0.100	0.100
5	0.116	0.216	0.084	C1
6	0.096	0.266	0.104	C2

第5、6min時(shí)的數(shù)據(jù)是保持溫度和體積不變時(shí)，改變某一條件后測得的．則第4～5min之間改變的條件是可能是增大氫氣的濃度，第5～6min之間改變的條件是增大水蒸氣的濃度．已知420℃時(shí)，該化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)為9，如果反應(yīng)開始時(shí)，CO和H₂O（g）的濃度都是0.01mol/L，則CO在此條件下的轉(zhuǎn)化率為75%．又知397℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為12，請判斷該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”“=”或“＜”）．
（3）依據(jù)（1）中的反應(yīng)可以設(shè)計(jì)一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丙烷氣體；燃料電池內(nèi)部是熔融的參雜著氧化釔（Y₂O₃）的氧化鋯（ZrO₂）晶體，在其內(nèi)部可以傳導(dǎo)O^2-．在電池內(nèi)部O^2-移向負(fù)極（填“正”或“負(fù)”）；電池的負(fù)極反應(yīng)式為C₃H₈+10O^2--20e-=3CO₂+4H₂O．
（4）用上述燃料電池，用惰性電池電解足量Al（NO₃）₃和NaCl的混合溶液．電解過程中，在陰極附近能觀察到的現(xiàn)象是有氣體生成，生成白色沉淀，后白色沉淀又溶解．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，（①+②×3）÷2可得：C₂H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l），反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算；
（2）①可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達(dá)平衡；
②反應(yīng)中△c（CO）=△c（H₂O）=△c（CO₂）=△c（H₂），由表中數(shù)據(jù)可知，5min時(shí)與開始相比CO、H₂O、CO₂的濃度變化之比為1：1：1，且CO、H₂O濃度增大，CO₂濃度減小，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，故可能增大氫氣的濃度；
表中5min-6min之間，CO濃度降低0.02mol/L、H₂O的濃度增大0.05mol/L、CO₂的濃度增大0.02mol/L，CO、CO₂的濃度變化量之比為1：1，故應(yīng)該是增大水蒸氣的濃度；
420℃時(shí)，該化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)為9，如果反應(yīng)開始時(shí)，CO和H₂O（g）的濃度都是0.01mol/L，設(shè)平衡時(shí)變化的CO濃度為xmol/L，表示出平衡時(shí)各組分濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)列方程計(jì)算解答；
420℃時(shí)，該化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)為9，又知397℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為12，升高溫度平衡常數(shù)減小，則平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（3）原電池電解質(zhì)溶液中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，丙烷在負(fù)極失去電子，與O^2-結(jié)合生成二氧化碳與水；
（4）電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，水在陰極放電生成氫氣與NaOH，氫氧根離子與鋁離子反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，最后氫氧化鋁又溶于氫氧化鈉溶液．

解答 解：（1）已知：①2C₂H₈（g）+7O₂（g）=6CO（g）+8H₂O（l）△H=-2741.8kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，（①+②×3）÷2可得：C₂H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l），△H=[-2741.8kJ/mol+（-566kJ/mol）×3]÷2=-2219.9kJ/mol，
故答案為：-2219.9kJ/mol；
（2）①a．反應(yīng)過程中混合氣體總物質(zhì)的量不變，恒溫恒容下，體系中的壓強(qiáng)始終不變，故a錯(cuò)誤；
b．v_正（H₂）=v_逆（CO）說明CO的生成速率與消耗速率相等，反應(yīng)到達(dá)平衡，故b正確；
c．反應(yīng)過程中混合氣體總物質(zhì)的量不變，混合氣體總質(zhì)量不變，始終不變，故c錯(cuò)誤；
d．CO₂的濃度不再發(fā)生變化，說明到達(dá)平衡，故d正確，
故選：bd；
②反應(yīng)中△c（CO）=△c（H₂O）=△c（CO₂）=△c（H₂），由表中數(shù)據(jù)可知，5min時(shí)與開始相比CO、H₂O、CO₂的濃度變化之比為1：1：1，且CO、H₂O濃度增大，CO₂濃度減小，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，故可能是增大氫氣的濃度；
表中5min-6min之間，CO濃度降低0.02mol/L、H₂O的濃度增大0.05mol/L、CO₂的濃度增大0.02mol/L，CO、CO₂的濃度變化量之比為1：1，故應(yīng)該是增大水蒸氣的濃度；
420℃時(shí)，該化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)為9，如果反應(yīng)開始時(shí)，CO和H₂O（g）的濃度都是0.01mol/L，設(shè)平衡時(shí)變化的CO濃度為xmol/L，則：
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol/L）：0.01    0.01      0       0
變化濃度（mol/L）：x         x       x       x
平衡濃度（mol/L）：0.01-x  0.01-x  x        x
所以$\frac{x×x}{（0.01-x）×（0.01-x）}$=9，解得x=0.0075，則CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.0075mol}{0.01mol}$×100%=75%；
420℃時(shí)，該化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)為9，又知397℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為12，升高溫度平衡常數(shù)減小，則平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H＜0，
故答案為：可能是增大氫氣的濃度；增大水蒸氣的濃度；75%；＜；
（3）原電池電解質(zhì)溶液中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽離子向正極移動(dòng)，在電池內(nèi)部O^2-移向 負(fù)極，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，丙烷在負(fù)極失去電子，與O^2-結(jié)合生成二氧化碳與水，電極反應(yīng)式為：C₃H₈+10O^2--20e-=3CO₂+4H₂O，
故答案為：負(fù)；C₃H₈+10O^2--20e-=3CO₂+4H₂O；
（4）電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，水在陰極放電生成氫氣與NaOH，氫氧根離子與鋁離子反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，最后氫氧化鋁又溶于氫氧化鈉溶液，電解過程中，在陰極附近能觀察到的現(xiàn)象是：有氣體生成，生成白色沉淀，后白色沉淀又溶解，
故答案為：有氣體生成，生成白色沉淀，后白色沉淀又溶解．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、蓋斯定律應(yīng)用、電化學(xué)等，是對學(xué)生總綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．