Question

20．CO、CH₄均為常見的可燃性氣體，常用作燃料、設計成燃料電池或制取合成氣．
（1）關于CO和CH₄兩種氣體，下列說法正確的是BCD；
A．CO和CH₄均為一次能源               B．CO和CH₄含有的化學鍵類型相同
C．CO和CH₄在燃料電池中均作負極        D．CH₄不完全燃燒時，熱能利用率低
E．相同狀況下，等體積的兩氣體完全燃燒，轉移的電子數(shù)相同
（2）已知，1molCO完全燃燒放出熱能283kJ，1molCH₄完全燃燒放出熱能890kJ，則在相同條件下，等體積的CH₄和CO完全燃燒，前者放出的熱能是后者的3.14 倍；
（3）有人設計了一種CH₄燃料電池，一個電極通入空氣，另一電極通入CH₄，電池的電解質是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導O^2-離子．電池的正極發(fā)生的反應是O₂+4e^-═2O^2-．負極發(fā)生的反應是CH₄-8e^-+4O^2-═CO₂+2H₂O．固體電解質里的O^2-的移動方向是正極流向負極；
（4）CH₄部分氧化可制合成氣（CO、H₂），反應式為2CH₄+O₂?2CO+4H₂一定溫度下，在2L的密閉容器中加入2mol CH₄和1molO₂，5分鐘后反應達平衡，測得此時容器內氣體的壓強為起始時的1.9倍，則用H₂表示的平均反應速率為0.36mol/（L．min），CH₄的轉化率為90%．

Answer 1

分析 （1）A．CH₄均為一次能源，CO為二次能源；
B．CO和CH₄都是共價化合物；
C．CO和CH₄在燃料電池中都失電子發(fā)生氧化反應；
D．CH₄不完全燃燒時，放出的熱量較少；
E．相同狀況下，等體積的兩氣體完全燃燒都生成二氧化碳，所以CO轉移4-2=2mol電子，而甲烷轉移的電子數(shù)為4-（-4）=8mol；
（2）根據(jù)1molCO完全燃燒放出熱能283kJ，1molCH₄完全燃燒放出熱能890kJ，所以等體積的CH₄和CO完全燃燒，前者放出的熱能是后者的$\frac{890}{283}$倍；
（3）該燃料電池中，正極上氧氣得電子生成氧離子；負極上甲烷失電子和氧離子反應生成二氧化碳和水；原電池放電時，電解質中陰離子向負極移動，失電子的極是負極，據(jù)此回答判斷；
（4）依據(jù)化學平衡三段式列式計算得到，依據(jù)H₂表示的平均反應速率=$\frac{△c}{△t}$，CH₄的轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$進行計算．

解答 解：（1）A．CH₄均為一次能源，CO為二次能源，故錯誤；
B．CO和CH₄都是共價化合物，所以都含共價鍵，故正確；
C．CO和CH₄在燃料電池中都失電子發(fā)生氧化反應，均作負極，故正確；
D．CH₄不完全燃燒時，放出的熱量較少，所以熱能利用率低，故正確；
E．相同狀況下，等體積的兩氣體完全燃燒都生成二氧化碳，所以CO轉移4-2=2mol電子，而甲烷轉移的電子數(shù)為4-（-4）=8mol，則轉移的電子數(shù)不同，故錯誤；
故選：BCD；
（2）根據(jù)1molCO完全燃燒放出熱能283kJ，1molCH₄完全燃燒放出熱能890kJ，所以等體積的CH₄和CO完全燃燒，前者放出的熱能是后者的$\frac{890}{283}$=3.14倍，故答案為；3.14；
（3）該燃料電池中，正極上氧氣得電子生成氧離子，電極反應式為O₂+4e^-=2O^2-，負極上甲烷失電子和氧離子反應生成二氧化碳和水，電極反應式為CH₄-8e^-+4O^2-═CO₂+2H₂O，放電時，電解質中陰離子向負極移動、陽離子向正極移動，所以氧離子向負極移動，故答案為；O₂+4e^-═2O^2-，CH₄-8e^-+4O^2-═CO₂+2H₂O，正極流向負極；
（4）在一定溫度下，在2L的密閉容器中加入2mol CH₄和1molO₂，5分鐘后反應達平衡，設反應轉換了氧氣物質的量為xmol，依據(jù)平衡三段式得到：
            2CH₄+O₂?2CO+4H₂
起始量（mol） 2    1   0   0
變化量（mol） 2x   x   2x  4x
平衡量（mol） 2-2x 1-x  2x  4x
測得此時容器內氣體的壓強為起始時的1.9倍，所以有$\frac{2-2x+1-x+2x+4x}{2+1}$=1.9，解得x=0.9mol，
則H₂表示的平均反應速率=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{4×0.9}{2}}{5}$=0.36mol/（L．min），
CH₄的轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$=$\frac{2×0.9}{2}$×100%=90%；
故答案為：0.36mol/（L．min）；90%．

點評 本題考查燃料的應用以及化學平衡三段式計算應用，注意燃料電池的原理以及轉化率的概念理解，掌握基礎是解題關鍵，題目難度不大．