Question

【題目】碳和碳的化合物在人類生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用非常廣泛。“低碳生活”不再只是一種理想，更是一種值得期待的生活方式。

(1)甲烷燃燒時(shí)放出大量的熱，可作為能源應(yīng)用于人類的生產(chǎn)和生活。

已知：①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(1) △H1=-1214.6kJ/mol；

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=-566kJ/mol；

則反應(yīng)CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(1)的△H=___。

(2)將兩個(gè)石墨電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH4和O2，構(gòu)成甲烷燃料電池。其負(fù)極電極反應(yīng)式是___。

(3)將不同量的CO(g)和H2O(g)分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，得到如下三組數(shù)據(jù)：

		起始量/mol		平衡量/mol
實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	H2O	CO	CO2	CO	達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實(shí)驗(yàn)1中，以v(H2)表示的平均反應(yīng)速率為___；

②該反應(yīng)的正反應(yīng)為___ (填“吸”或“放”)熱反應(yīng)；

③若要實(shí)驗(yàn)3達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2相同的平衡狀態(tài)(即各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)分別相等)，則a、b應(yīng)滿足的關(guān)系是___（用含a、b的數(shù)學(xué)式表示)。

Answer 1

【答案】-890.3kJ/mol CH4-8e- +l0OH- =CO32- +7H2O 0.16mol·L-1·min-1 放 a∶b=1∶2(或b=2a)

【解析】

(1)利用蓋斯定律，將(①+②)×，即得反應(yīng)CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(1)的△H。

(2)將兩個(gè)石墨電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH4和O2，構(gòu)成甲烷燃料電池。其負(fù)極為CH4失電子的產(chǎn)物與OH-反應(yīng)最終生成CO32-和水。

(3)①由反應(yīng)式可以看出，生成H2的物質(zhì)的量與CO2相同，根據(jù)速率計(jì)算公式可以計(jì)算出v(H2)；

②通過表中兩組數(shù)據(jù)求出不同溫度下轉(zhuǎn)化率，比較改變溫度時(shí)轉(zhuǎn)化率的變化判斷化學(xué)平衡移動(dòng)的方向，判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)；

③根據(jù)等效平衡原理解答。

(1)①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(1) △H1=-1214.6kJ/mol；

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=-566kJ/mol；

利用蓋斯定律，將(①+②)×，即得反應(yīng)CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(1)的△H=-890.3kJ/mol；

故答案為：-890.3kJ/mol；

(2)負(fù)極為CH4失電子的產(chǎn)物與OH-反應(yīng)最終生成CO32-和水，電極反應(yīng)式為CH4-8e- +l0OH-=CO32-+7H2O；

故答案為：CH4-8e- +l0OH- =CO32-+7H2O；

(3)①由反應(yīng)式可以看出，生成H2的物質(zhì)的量與CO2相同，即為1.6mol，則實(shí)驗(yàn)1中，v(H2)== 0.16mol·L-1·min-1；

故答案為：0.16mol·L-1·min-1；

②實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為：×100%=40%，實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為：×100%=20%，溫度升高，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆向移動(dòng)，逆向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，所以正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)；

故答案為：放；

③若要實(shí)驗(yàn)3達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2相同的平衡狀態(tài)(即各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)分別相等)，因?yàn)榉磻?yīng)3達(dá)平衡的時(shí)間短，反應(yīng)速率快，反應(yīng)3相當(dāng)于反應(yīng)2加壓，但平衡不移動(dòng)，所以a、b的比值不變，即a、b應(yīng)滿足的關(guān)系為a∶b=1∶2(或b=2a)；

故答案為：a∶b=1∶2(或b=2a)。