Question

12．“CCS技術(shù)”是將工業(yè)和有關(guān)能源產(chǎn)業(yè)中所產(chǎn)生的CO₂進(jìn)行捕捉與封存的技術(shù)，被認(rèn)為是應(yīng)對(duì)全球氣候變化最重要的手段之一．一種以天然氣為燃料的“燃燒前捕獲系統(tǒng)”的簡(jiǎn)單流程如圖所示（部分物質(zhì)及條件未標(biāo)出）：

（1）CH₄在催化劑作用下實(shí)現(xiàn)第一步轉(zhuǎn)化，也叫CH₄的不完全燃燒，1gCH₄不完全燃燒反應(yīng)放出2.21kJ熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72kJ•mol^-1．
（2）第二步的反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反應(yīng)過(guò)程中能量變化如圖1所示，反應(yīng)物分子化學(xué)鍵斷裂時(shí)所吸收的總能量小于（填“大于”、“小于”或“等于”）生成物分子化學(xué)鍵形成時(shí)所釋放的總能量．相同溫度下，若在2L密閉容器中CO（g）和H₂O（g）的起始濃度均為0.5mol•L^-1，上述反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)放出的熱量為32.8kJ，則平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為80%．
（3）工業(yè)上可用上述轉(zhuǎn)化中得到的合成氣制備甲醇，其反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）．現(xiàn)將1mol CO₂和3molH₂充入容積為2L的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，（見(jiàn)圖2）下列說(shuō)法正確的是BD．
A．若保持溫度不變，當(dāng)容器中的n（CH₃OH）：n（H₂O）為1：1時(shí)，該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)
B．若保持溫度不變，當(dāng)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)恒定時(shí)，該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)
C．若其他條件不變，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示（T₁、T₂均大于300℃），平衡常數(shù)、：K（T₁）＜K（T₂）
D．若保持溫度不變，當(dāng)反應(yīng)已達(dá)平衡時(shí)，再向容器中充入1molCO₂和3molH₂，當(dāng)達(dá)到新平衡時(shí)，n（CH₃OH）：n（H₂）的值將升高
（4）某同學(xué)按如圖3所示的裝置用甲醇燃料電池（裝置Ⅰ）進(jìn)行電解的相關(guān)操作，以測(cè)定銅的相對(duì)原子質(zhì)量，其中c電極為銅棒，d電極為石墨，X溶液為500mL0.4mol•L^-1硫酸銅溶液．當(dāng)裝置Ⅱ中某電極上收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體VmL時(shí)，另一電極增重mg（m＜12.8）
①裝置Ⅰ中H⁺向a（填“a”或“b”）極移動(dòng)；b極上的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6eˉ+H₂O=CO₂+6H⁺．
②銅的相對(duì)原子質(zhì)量的表達(dá)式為$\frac{11200m}{{V}_{1}}$（用含m和V的代數(shù)式表示）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)流程圖可知甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和氫氣，依據(jù)熱化學(xué)方程式的書(shū)寫方法寫出，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對(duì)應(yīng)焓變；
（2）圖象分析可知反應(yīng)是放熱反應(yīng)，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），△H=-41KJ/mol，形成化學(xué)鍵放出能量高于反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵吸收能量，上述反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)放出的熱量為32.8kJ，計(jì)算消耗的CO物質(zhì)的量，結(jié)合轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%計(jì)算；
（3）A、無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，n（CH₃OH）：n（H₂O）為1：1；
B、當(dāng)反應(yīng)前后改變的物理量不變時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
C、根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”判斷；
D、保持溫度不變，當(dāng)反應(yīng)已達(dá)平衡時(shí)，若向容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)．
（4）①由裝置II中某電極上收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體V₁mL時(shí)，另一電極增重mg可知，d極為陽(yáng)極，而c極為陰極；
②根據(jù)陽(yáng)極產(chǎn)生氣體的體積，求出整個(gè)過(guò)程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，然后銅的相對(duì)原子質(zhì)量．

解答 解：（1）根據(jù)流程圖可知甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和氫氣，1gCH₄燃燒生成一氧化碳和氫氣放熱2.21kJ，16g甲烷燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放出熱量16×2.21kJ=35.36KJ，16g甲烷為1mol，則甲烷不完全燃燒的熱化學(xué)方程式為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72  kJ•mol^-1，
故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72  kJ•mol^-1；
（2）圖象分析可知反應(yīng)是放熱反應(yīng)，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），△H=-41KJ/mol，形成化學(xué)鍵放出能量高于反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵吸收能量，上述反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)放出的熱量為32.8kJ，計(jì)算消耗的CO物質(zhì)的量=$\frac{32.8KJ}{41KJ}$×1mol=0.8mol，一氧化碳轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.8mol}{2L×0.5mol/L}$×100%=80%；
故答案為：小于；80%；
（3）A、若保持恒溫，無(wú)論該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，容器中n（CH₃OH）：n（H₂O）始終為1：1，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
B、該反應(yīng)是反應(yīng)氣體體積減小的反應(yīng)，若保持恒溫，當(dāng)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)恒定時(shí)，該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
C、根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”知T₁＜T₂，升高溫度，甲醇的物質(zhì)的量減小，則平衡向逆反應(yīng)發(fā)現(xiàn)移動(dòng)，所以平衡常數(shù)：K（T₁）＞K （T₂），故錯(cuò)誤；
D、保持溫度不變，當(dāng)反應(yīng)已達(dá)平衡時(shí)，若向容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，且反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化為大于原來(lái)平衡轉(zhuǎn)化率，所以當(dāng)達(dá)到新平衡時(shí)，n（CH₃OH）：n（H₂）將升高，故正確；
故選BD；
（4）①由裝置II中某電極上收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體V₁mL時(shí)，另一電極增重mg可知，d極為陽(yáng)極，而c極為陰極，所以與d極相連的a極為正極，原電池中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，b電極為負(fù)極是燃料發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：CH₃OH-6eˉ+H₂O=CO₂+6H⁺，
故答案為：a；CH₃OH-6eˉ+H₂O=CO₂+6H⁺；
 ②整個(gè)過(guò)程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為：$\frac{1{0}^{-3}×{V}_{1}}{22.4}$，所以生成銅的物質(zhì)的量為：$\frac{{V}_{1}}{11200}$，所以銅的相對(duì)原子質(zhì)量的表達(dá)式為$\frac{11200m}{{V}_{1}}$，故答案為：$\frac{11200m}{{V}_{1}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了化學(xué)平衡以及平衡圖象分析，化學(xué)反應(yīng)熱、平衡的移動(dòng)和電化學(xué)的相關(guān)知識(shí)，根據(jù)化學(xué)平衡的判斷方法等知識(shí)點(diǎn)來(lái)分析解答，題目綜合性強(qiáng)，難度中等．