Question

15．氫氣是21世紀(jì)的新型能源．制氫的方法之一是以煤的轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)，部分反應(yīng)如下：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
CaO（s）+CO₂（g）?CaCO₃（s）△H=-172kJ•mol^-1
CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-187kJ•mol^-1
（1）寫出CO與H₂生成CH₄和水蒸氣的熱化學(xué)方程式CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）△H=-228kJ•mol^-1．
（2）某溫度下，在10L密閉容器中投入CO₂、H₂和CaO，僅發(fā)生CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）和CaO（s）+CO₂（g）?CaCO₃（s）兩個(gè)反應(yīng)，部分物質(zhì)的物質(zhì)的量與時(shí)間的關(guān)系如表所示：

物質(zhì)      N（mol） 時(shí)間（min）	CO2	H2	CaO
0	0.50	1.00	0.40
2	0.35	0.60	a
6	0.20	0.20	b
8	0.20	0.20	b

①反應(yīng)在0～2min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.02mol/L．min
②b=0.10
③反應(yīng)到達(dá)平衡后，改變反應(yīng)的某些條件，再次達(dá)到平衡時(shí)，不正確的是AC（填字母）
A．?dāng)U大容器體積c（H₂）增大              B．升高溫度，n（CO₂）增大
C．充入少量H₂，CaCO₃質(zhì)量減小         D．充入少量CO₂，c（CH₄）增大
④此溫度下，反應(yīng)CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{2}{3}$．若向10L容器中投入CO₂、H₂和CH₄各0.1mol，H₂O（g）xmol，要使v正（CO₂）＞v逆（CO₂），x的取值范圍為0＜x$＜\root{4}{0.015}$
（3）若以CH₄、O₂組成燃料電池，在酸性條件下負(fù)極電極反應(yīng)式為．當(dāng)兩極消耗3.36L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，將產(chǎn)生的氣體（假設(shè)全部逸出）通入50mL2mol•L^-1 NaOH溶液中，下列說法正確的是CD
A．反應(yīng)過程中共轉(zhuǎn)移電子1.2mol   
B．所得溶液為Na₂CO₃和NaHCO₃的混合溶液
C．c（Na⁺ ）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^- ）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）   
D．c（OH^-）=2c（H₂CO₃）+c（HCO₃^- ）+c（H⁺ ）

Answer 1

分析 （1）①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-187kJ•mol^-1，①+②得CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）△H=-228kJ•mol^-1據(jù)此進(jìn)行分析；
（2）①據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$進(jìn)行計(jì)算；
②CaO（s）+CO₂（g）?CaCO₃（s）據(jù)此方程式，則CaO（s）和CO₂（g）前系數(shù)都為1，0-6min內(nèi)CO₂（g）的物質(zhì)的量變化了0.30mol，則CaO（s）的物質(zhì)的量變化也為0.30mol，據(jù)此進(jìn)行分析；
③A．?dāng)U大容器體積，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，向氣體體積增大的方向進(jìn)行，故向逆向進(jìn)行則n（H₂）增大，但是得不償失，c（H₂）減��； 
B．升高溫度，向吸熱方向進(jìn)行，故向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則n（CO₂）增大；
C．充入少量H₂，使體系壓強(qiáng)增大，向氣體體積減小的方向進(jìn)行，故向正反應(yīng)方向進(jìn)行；
D．充入少量CO₂，使體系壓強(qiáng)增大，向氣體體積減小的方向進(jìn)行，故向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故c（CH₄）增大；
④據(jù)k=$\frac{c（C{H}_{4}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{4}（{H}_{2}）}$此進(jìn)行計(jì)算；求出Q_C并確定想的范圍；
（3）甲烷燃料電池，總的電極反應(yīng)方程式為CH₄+3O₂═CO₂+2H₂O，
A．CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O～8mole^-
        22.4×3                           8
          3.36                             0.4，故反應(yīng)過程中共轉(zhuǎn)移電子0.4mol；
B．CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O～8mole^-
           22.4×3     1
            3.36       0.05，則n（CO₂）=0.05mol，n（NaOH）=0.05L×2mol•L^-1=0.1mol，據(jù)此確定溶液成分；
C．在一定條件下Na₂CO₃溶液存在水解平衡：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，溶液顯堿性，離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）；
D．根據(jù)物料守恒得2c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）=c（Na⁺），根據(jù)電荷守恒得c（Na⁺）+c（H⁺ ）=c（OH^-）+c（HCO₃^- ）+2c（CO₃^2-），據(jù)此進(jìn)行分析．

解答 解：（1）①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-187kJ•mol^-1，①+②得CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）△H=-228kJ•mol^-1，
故答案為：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）△H=-228kJ•mol^-1；
（2）①v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.4mol}{10L}}{2min}$=0.02mol/L．min，
故答案為：0.02mol/L．min；
②CaO（s）+CO₂（g）?CaCO₃（s）據(jù)此方程式，則CaO（s）和CO₂（g）前系數(shù)都為1，0-6min內(nèi)CO₂（g）的物質(zhì)的量變化了0.30mol，則CaO（s）的物質(zhì)的量變化也為0.30mol，故b=0.40mol-0.30mol=0.10mol，
故答案為：0.10；
③A．?dāng)U大容器體積，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，向氣體體積增大的方向進(jìn)行，故向逆向進(jìn)行則n（H₂）增大，但是得不償失，c（H₂）減小，故A錯(cuò)誤；
B．升高溫度，向吸熱方向進(jìn)行，故向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則n（CO₂）增大，故B正確；
C．充入少量H₂，使體系壓強(qiáng)增大，向氣體體積減小的方向進(jìn)行，故向正反應(yīng)方向進(jìn)行，則CaCO₃質(zhì)量增加，故C 錯(cuò)誤；
D．充入少量CO₂，使體系壓強(qiáng)增大，向氣體體積減小的方向進(jìn)行，故向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故c（CH₄）增大，故D正確；
故答案為：AC；
④CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
開始（c）  0.05         0.1              0               0
變化         0.02          0.08           0.02           0.04    
平衡          0.03         0.02           0.02            0.04
故化學(xué)平衡常數(shù)k=$\frac{c（C{H}_{4}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{4}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.02×0.0{4}^{2}}{0.03×0.0{2}^{4}}$=$\frac{2}{3}$；要使v正（CO₂）＞v逆（CO₂），則反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行Q_C=$\frac{0.1×0．{1}^{2}}{0.1×{x}^{4}}$$＜\frac{2}{3}$，故0＜x$＜\root{4}{0.015}$，
故答案為：$\frac{2}{3}$；0＜x$＜\root{4}{0.015}$；
（3）甲烷燃料電池，總的電極反應(yīng)方程式為CH₄+3O₂═CO₂+2H₂O，
A．CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O～8mole^-
        22.4×3                           8
          3.36                             0.4，故反應(yīng)過程中共轉(zhuǎn)移電子0.4mol，故A錯(cuò)誤；
B．CH₄+2O₂═CO₂+2H₂O～8mole^-
           22.4×3     1
            3.36       0.05，則n（CO₂）=0.05mol，n（NaOH）=0.05L×2mol•L^-1=0.1mol，故n（NaOH）：n（CO₂）=2：1，
2 NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O，由方程式得，n（NaOH）：n（CO₂）=2：1，故溶液為Na₂CO₃，故B錯(cuò)誤；
C．在一定條件下Na₂CO₃溶液存在水解平衡：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，溶液顯堿性，離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），故C正確；
D．根據(jù)物料守恒得2c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）=c（Na⁺）①，根據(jù)電荷守恒得c（Na⁺）+c（H⁺ ）=c（OH^-）+c（HCO₃^- ）+2c（CO₃^2-）②，由①②整理得，c（OH^-）=2c（H₂CO₃）+c（HCO₃^- ）+c（H⁺ ），故D正確；
故答案為：CD．

點(diǎn)評 本題主要考查熱化學(xué)方程式的書寫，化學(xué)反應(yīng)速率及平衡常數(shù)的計(jì)算，平衡移動(dòng)的影響因素等，本題題目難度中等．