Question

【題目】碳和碳的化合物在人類生產、生活中的應用非常廣泛。“低碳生活”不再只是一種理想，更是一種值得期待的生活方式。

(1)甲烷燃燒時放出大量的熱，可作為能源應用于人類的生產和生活。

已知：①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(1) △H1=-1214.6kJ/mol；

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=-566kJ/mol；

則反應CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(1)的△H=___。

(2)將兩個石墨電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH4和O2，構成甲烷燃料電池。其負極電極反應式是___。

(3)將不同量的CO(g)和H2O(g)分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，得到如下三組數據：

		起始量/mol		平衡量/mol
實驗組	溫度/℃	H2O	CO	CO2	CO	達到平衡所需時間/min
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實驗1中，以v(H2)表示的平均反應速率為___；

②該反應的正反應為___ (填“吸”或“放”)熱反應；

③若要實驗3達到與實驗2相同的平衡狀態(即各物質的體積分數分別相等)，則a、b應滿足的關系是___（用含a、b的數學式表示)。

Answer 1

【答案】-890.3kJ/mol CH4-8e- +l0OH- =CO32- +7H2O 0.16mol·L-1·min-1 放 a∶b=1∶2(或b=2a)

【解析】

(1)利用蓋斯定律，將(①+②)×，即得反應CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(1)的△H。

(2)將兩個石墨電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH4和O2，構成甲烷燃料電池。其負極為CH4失電子的產物與OH-反應最終生成CO32-和水。

(3)①由反應式可以看出，生成H2的物質的量與CO2相同，根據速率計算公式可以計算出v(H2)；

②通過表中兩組數據求出不同溫度下轉化率，比較改變溫度時轉化率的變化判斷化學平衡移動的方向，判斷反應的熱效應；

③根據等效平衡原理解答。

(1)①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(1) △H1=-1214.6kJ/mol；

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=-566kJ/mol；

利用蓋斯定律，將(①+②)×，即得反應CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(1)的△H=-890.3kJ/mol；

故答案為：-890.3kJ/mol；

(2)負極為CH4失電子的產物與OH-反應最終生成CO32-和水，電極反應式為CH4-8e- +l0OH-=CO32-+7H2O；

故答案為：CH4-8e- +l0OH- =CO32-+7H2O；

(3)①由反應式可以看出，生成H2的物質的量與CO2相同，即為1.6mol，則實驗1中，v(H2)== 0.16mol·L-1·min-1；

故答案為：0.16mol·L-1·min-1；

②實驗1中CO的轉化率為：×100%=40%，實驗2中CO的轉化率為：×100%=20%，溫度升高，反應物轉化率降低，平衡向逆向移動，逆向為吸熱反應，所以正向為放熱反應；

故答案為：放；

③若要實驗3達到與實驗2相同的平衡狀態(即各物質的體積分數分別相等)，因為反應3達平衡的時間短，反應速率快，反應3相當于反應2加壓，但平衡不移動，所以a、b的比值不變，即a、b應滿足的關系為a∶b=1∶2(或b=2a)；

故答案為：a∶b=1∶2(或b=2a)。