Question

【題目】碳及其化合物在能源和材料方面具有廣泛的用途，回答下列問題：

（1）已知CH4(g)+ O2(g)=CO(g)+2H2O(l) =-607.31kJ/mol

2CO(g)+ O2(g)=2CO2(g) =-566.0kJ/mol

寫出表示甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式____________。

（2）天然氣的一個重要用途是制取H2，其原理為：CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 。在密閉容器中通入物質(zhì)的量濃度均為0.125mol/L的CH4與CO2，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示。則：

①壓強(qiáng)P1_____P2（填 “>”或“<”）；

②壓強(qiáng)為P2時，在Y點(diǎn)：v(正)_______v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。

③求Y點(diǎn)對應(yīng)溫度下的該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_________。（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）

（3）CO可以合成二甲醚，2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H<0，二甲醚可以作為燃料電池的原料。

①寫出二甲醚在KOH做電解質(zhì)條件下的負(fù)極電極反應(yīng)式_____________________。

②利用此燃料電池以石墨為電極電解1L，0.5mol/L的CuSO4溶液，導(dǎo)線通過1mol電子時，假設(shè)溶液體積不變，則所得溶液pH=_________，理論上消耗二甲醚________g（保留小數(shù)點(diǎn)后兩位）。

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2 O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) =-890.31kJ·mol-1 < > 2.56 CH3OCH3-12e- +16OH- =2CO32- +11H2O 0 3.83

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡的圖像分析，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，燃料電池電極反應(yīng)式的書寫，電化學(xué)的計(jì)算。

（1）將反應(yīng)編號：CH4(g)+ O2(g)=CO(g)+2H2O(l) ΔH=-607.31kJ/mol（①式）

2CO(g)+ O2(g)=2CO2(g) ΔH=-566.0kJ/mol（②式）

應(yīng)用蓋斯定律，將①式+②式得，CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH=（-607.31kJ/mol）+（-566.0kJ/mol）=-890.31kJ/mol，甲烷燃燒熱表示的熱化學(xué)方程式為CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH=-890.31kJ/mol。

（2）①在橫坐標(biāo)上取一點(diǎn)作橫坐標(biāo)的垂直線，可見CH4的轉(zhuǎn)化率：P1條件下P2條件下；該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動，CH4的轉(zhuǎn)化率減��；則P1P2。

②Y點(diǎn)不在曲線上，Y點(diǎn)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，Y點(diǎn)CH4的轉(zhuǎn)化率小于該條件下的平衡值，反應(yīng)正向進(jìn)行，Y點(diǎn)：υ（正）υ（逆）。

③Y點(diǎn)對應(yīng)溫度下達(dá)到平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率為80%，用三段式

CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)

c（起始）（mol/L） 0.125 0.125 0 0

c（轉(zhuǎn)化）（mol/L） 0.1 0.1250.8=0.1 0.2 0.2

c（平衡）（mol/L）0.025 0.025 0.2 0.2

反應(yīng)的平衡常數(shù)K==2.56。

（3）①KOH作電解質(zhì)，CH3OCH3被氧化成CO32-，CH3OCH3中C元素的平均化合價(jià)為-2價(jià)，1molCH3OCH3失去12mol電子，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。

②n（CuSO4）=0.5mol/L1L=0.5mol，導(dǎo)線通過1mol電子時，陰極上Cu2+恰好完全還原為Cu，陽極電極反應(yīng)式為：4OH--4e-=O2↑+2H2O，消耗水電離的OH-物質(zhì)的量為1mol，則電解后溶液中由水電離產(chǎn)生的H+物質(zhì)的量為1mol，c（H+）=1mol1L=1mol/L，所得溶液的pH=0。1molCH3OCH3失去12mol電子，導(dǎo)線通過1mol電子時消耗CH3OCH3物質(zhì)的量為mol，消耗二甲醚的質(zhì)量為mol46g/mol=3.83g。