Question

20．開發(fā)新能源，使用清潔燃料，可以達到提高能效、減少污染的目的．
（1）由C、H、O三種元素中的兩種和三種分別組成的燃料物質甲和乙，其分子中均有氧，且1個乙分子中含有18個電子，則甲和乙分別是CO、CH₃OH．
乙是一種清潔燃料，工業(yè)上可用甲和氫氣反應制得．
①T1溫度時，在體積為2L的密閉容器中充入2mol甲和6mol H2，反應達到平衡后，測得c（甲）=0.2mol/L，則乙在平衡混合物中的物質的量分數(shù)是$\frac{1}{3}$．
②升高溫度到T2時，反應的平衡常數(shù)為1，下列措施可以提高甲的轉化率的是C（填字母）．
A．加入2mol甲     B．充入氮氣     C．分離出乙     D．升高溫度
（2）甲烷也是一種清潔燃料，但不完全燃燒時熱效率降低并會產(chǎn)生有毒氣體造成污染．
已知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
則甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水時的熱效率只是完全燃燒時的0.7倍（計算結果保留1位小數(shù)）．
（3）甲烷燃料電池可以提升能量利用率．如圖是利用甲烷燃料電池電解50mL 2mol/L的氯化銅溶液的裝置示意圖．
請回答：
①甲烷燃料電池的負極反應式是CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺．
②當線路中有0.1mol電子通過時，b（填“a”或“b”）極增重3.2g．

Answer 1

分析 （1）由C、H、O三種元素中的兩種和三種分別組成的燃料物質甲和乙，1個乙分子中含有18個電子，則乙分子中含有1個C原子、1個O原子，則含有H原子數(shù)目為18-6-8=4，故乙為CH₃OH，分子中均有氧，故甲為CO；
①發(fā)生反應CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），應達到平衡后，測得c（甲）=0.2mol/L，則平衡時n（甲）=2L×0.2mol/L=0.4mol，據(jù)此根據(jù)三段式計算平衡時各組分物質的量；
②提高甲的轉化率，應改變條件使平衡向正反應移動．計算T₁溫度時平衡常數(shù)，與T₂溫度的平衡常數(shù)相比判斷該反應的反應熱，判斷溫度對反應的影響，注意不能只增大甲的濃度；
（2）根據(jù)蓋斯定律書寫甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水時的熱化學方程式；
（3）①原電池負極發(fā)生氧化反應，甲烷在負極通入，酸性條件下，發(fā)生氧化反應生成CO₂、H⁺；
②B為電解池，銅離子發(fā)生還原反應，在陰極析出，該極連接原電池的負極，根據(jù)轉移電子計算生成Cu的物質的量，再根據(jù)m=nM計算生成Cu的質量．

解答 解：（1）由C、H、O三種元素中的兩種和三種分別組成的燃料物質甲和乙，1個乙分子中含有18個電子，則乙分子中含有1個C原子、1個O原子，則含有H原子數(shù)目為18-6-8=4，故乙為CH₃OH，分子中均有氧，故甲為CO，
故答案為：CO、CH₃OH；
①發(fā)生反應CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），應達到平衡后，測得c（甲）=0.2mol/L，則平衡時n（甲）=2L×0.2mol/L=0.4mol，則：CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
開始（mol）：2          6        0
變化（mol）：1.6        3.2      1.6
平衡（mol）：0.4        2.8      1.6
CH₃OH在平衡混合物中的物質的量分數(shù)為=$\frac{1.6mol}{0.4mol+2.8mol+1.6mol}$=$\frac{1}{3}$
故答案為：$\frac{1}{3}$；
②該反應為放熱反應，
A．加入2mol甲，平衡向正反應移動，但甲的轉化率降低，故A錯誤；
B．充入氮氣，反應混合物各組分的濃度不變，平衡不移動，甲的轉化率不變，故B錯誤；
C．分離出乙，平衡向正反應移動，甲的轉化率增大，故C正確；
D．T₁溫度時平衡常數(shù)為$\frac{\frac{1.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×（\frac{2.8}{2}）^{2}}$=$\frac{100}{49}$＞1，故升高溫度平衡向逆反應移動，甲的轉化率降低，故D錯誤；
故答案為：C；
（2）已知：①、CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1；
②、2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律，①×2-②可得：2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）；△H=-1214.6kJ•mol ^-1
故甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水時的熱效率只是完全燃燒時的$\frac{1214.6kJ}{890.3kJ×2}$=0.7，
故答案為：0.7；
（3）①原電池負極發(fā)生氧化反應，甲烷在負極通入，酸性條件下，發(fā)生氧化反應生成CO₂、H⁺，負極電極反應式為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺，
故答案為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺；
②B為電解池，銅離子發(fā)生還原反應，在陰極析出，該極連接原電池的負極，故在b電極析出Cu，b電極的質量增重，轉移0.1mol電子，析出銅的物質的量為$\frac{0.1mol}{2}$=0.05mol，故析出銅的質量為0.05mol×64g/mol=3.2g，
故答案為：b；3.2．

點評 本題考查較為綜合，為高考常見題型，題目涉及物質推斷、化學平衡有關計算、化學平衡常數(shù)、電化學以及蓋斯定律的應用等，題目難度中等，注意體會蓋斯定律的應用，（3）中可以利用總反應式減正極反應式書寫負極反應式．