Question

【題目】I.某反應在體積為5L的恒容密閉的絕熱容器中進行，各物質的量隨時間的變化情況如下圖所示（已知A、B、C均為氣體）。

(1)該反應的化學方程式為__________________。

(2)反應開始至2分鐘時，B的平均反應速率為______________。

(3)能說明該反應已達到平衡狀態的是_________。

A.υ(A)=2υ(B) B.容器內氣體密度不變 C.υ逆(A)=υ正(C)

D.各組分的物質的量相等 E. 混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態

(4)由圖求得平衡時A的轉化率為________。

II.已知甲烷燃燒的化學反應方程式為CH4+2O2CO2+2H2O，若以4mol/L 500mL KOH(aq)為電解質溶液，將其設計為原電池，則

(1)其正極電極方程式為___________。

(2)至某時刻溶液中c(CO32-)=1mol/L，則導線上通過的電子的物質的量為_____，此時消耗標準狀況下CH4體積_____ L 。（假設化學能全部轉化為電能；溶液體積保持不變）

Answer 1

【答案】2A(g)+B(g)2C(g) 0.1mol/(L·min) C、E 40% O2+4e-+2H2O=4OH- 4mol 11.2

【解析】

I.(1)從物質的物質的量的變化趨勢判斷反應物和生成物，根據物質的物質的量變化值等于化學計量數之比書寫化學方程式；

(2)化學反應速率是單位時間內濃度的變化，據此可求得反應速率；

(3)可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各組分濃度不再變化，若存在有色物質，則有色物質的顏色也不再變化，據此對各選項進行判斷；

(4)根據A達到平衡時已轉化的物質的量與起始的物質的量之比，可求得平衡時A的轉化率；

II.在甲烷燃料電池中，通入甲烷的電極為負極，甲烷被氧化產生的CO2與溶液中的KOH反應產生K2CO3，通入O2的電極為正極，O2獲得電子發生還原反應，可根據溶液中CO32-的物質的量確定電子轉移數目及反應的甲烷的物質的量和體積。

I.(1)由圖象可以看出，A、B的物質的量逐漸減小，則A、B為反應物，C的物質的量逐漸增多，所以C為生成物，當反應到達2min時，△n(A)=2mol，△n(B)=1mol，△n(C)=2mol，化學反應中，各物質的物質的量的變化值與化學計量數呈正比，則△n(A)：△n(B)：△n(A)=2：1：2，所以反應的化學方程式為：2A(g)+B(g)2C(g)；

(2)由圖象可以看出，反應開始至2分鐘時，△n(B)=1mol，B的平均反應速率為v(B)===0.1 mol/(L·min)；

(3)A.υ(A)=2υ(B)不能說明正反應和逆反應的關系，因此無法判斷反應是否達到平衡，A錯誤；

B.容器的體積以及氣體的質量不變，因此無論是否達到平衡狀態，容器內氣體密度都不變，B錯誤；

C.在該反應中A和C的計量數相等，當v逆(A)=v正(C)時，正逆反應速率相等，說明反應已達平衡狀態了，C正確；

D.容器內各物質的物質的量相等，不能說明各組分的濃度不再變化，無法判斷是否達到平衡狀態，D錯誤；

E.氣體的質量不變，但反應前后氣體的物質的量不等，若混合氣體的平均相對分子質量不再改變，說明反應達到平衡狀態，E正確；

故合理選項是C、E；

(4)由圖象可知：達平衡時A的物質的量變化為：△n(A)=5mol-3mol=2mol，因此A的轉化率為：×100%=40%；

II.在甲烷燃料電池中，通入甲烷的電極為負極，甲烷被氧化產生的CO2與溶液中的KOH反應產生K2CO3，負極的電極反應式為CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；

通入O2的電極為正極，O2獲得電子發生還原反應，正極的電極反應式為：O2+4e-+2H2O=4OH-

(2)反應后產生的K2CO3的物質的量為n(K2CO3)=c(CO32-)=1mol/L×0.5L=0.5mol，由負極電極反應式CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O可知：每反應產生1molCO32-，反應消耗1mol甲烷，電子轉移8mol，則反應產生0.5mol CO32-，轉移電子的物質的量為n(e-)=0.5mol×8=4mol，反應的甲烷的物質的量是0.5mol，其在標準狀況下的體積V(CH4)=0.5mol×22.4L/mol=11.2L。