Question

【題目】（1）2017年5月，我國在南海成功開采“可燃冰”(甲烷水合物)，標志著在技術方面取得了突破性進展。甲烷是優質的清潔能源，綜合開發利用能有效緩解大氣污染問題。

已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g) +2H2O(g) ΔH =- 802 kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH =-566kJ·mol-1

H2O(g)=H2O(l) ΔH =- 44kJ·mol-1

則1mol CH4(g)不完全燃燒生成CO和H2O(l) 的熱化學方程式為：___________________________。

（2）甲烷轉化為CO和H2的反應為：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH>0。

①一定條件下，CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如下圖1所示。則P1________P2(填“<”、“>”或“=”) ；A、B、C 三點處對應的平衡常數(KA、KB、KC)由大到小的順序為___________________。

②將CH4和H2O(g)按等物質的量混合，一定條件下反應達到平衡，CH4轉化率為50%。則反應前與平衡后，混合氣體的平均相對分子質量之比為________________。

（3）甲烷燃料電池工作原理如上圖2所示。a氣體是______________，b氣體通入電極的反應式為__________。用該燃料電池作電源、以石墨作電極電解硫酸銅溶液，一段時間后，若將0.1mol Cu2(OH)2CO3溶解于該溶液，恰好使溶液恢復至起始成分和濃度，則燃料電池中理論上消耗CH4的體積(標準狀況)為_________________。

（4）25℃時，H2CO3的電離常數分別為：Ka1=4.4×10-7mol·L-1；Ka2=5.0×10-11 mol·L-1。在20mL0.1 mol·L-1Na2CO3溶液中逐滴加入0.1 mol·L-1HCl溶液20mL，所得溶液pH=8。此溶液中各陰離子的物質的量濃度大小關系為__________________，=__________________。

Answer 1

【答案】 CH4(g)＋3/2O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)　ΔH＝-607 kJ/mol < KC>KB>KA 3:2（或：1.5） O2（或氧氣） CH4＋2H2O－8e-===CO2+8H＋ 1.68 L c(Cl-)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(CO32-) 或：c(CO32-)<c(OH-)<c(HCO3-)<c(Cl-) 200

【解析】(1)①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g) +2H2O(g) ΔH =- 802 kJ·mol-1，②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH =-566kJ·mol-1，③H2O(g)=H2O(l) ΔH =- 44kJ·mol-1，根據蓋斯定律，將①-×②+③×2得：CH4(g)＋3/2O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)　ΔH＝(- 802 kJ·mol-1)-(-566kJ·mol-1)× +(- 44kJ·mol-1)×2=-607 kJ/mol，故答案為：CH4(g)＋3/2O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)　ΔH＝-607 kJ/mol；

(2)①根據CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，相同溫度下，增大壓強，平衡逆向移動，CH4的平衡轉化率減小，結合圖像可知P1＜P2；該反應為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，平衡常數增大，A、B、C 三點處對應的平衡常數由大到小的順序為KC>KB>KA，故答案為：＜；KC＞KB＞KA；

②將CH4和H2O(g)按等物質的量混合，假設均為1mol，

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起始(mol) 1 1 0 0

反應(mol) 0.5 0.5 0.5 1.5

平衡(mol) 0.5 0.5 0.5 1.5

平衡后氣體的物質的量為3mol，平衡前后，氣體的質量不變，則混合氣體的平均相對分子質量之比=：=，故答案為：；

(3)根據電子的移動方向可知，右側電極為負極，通入的氣體為甲烷，左側電極為正極，通入的氣體為氧氣，甲烷在負極上發生氧化反應生成二氧化碳，電極反應式為CH4＋2H2O－8e-==CO2+8H＋；用該燃料電池作電源、以石墨作電極電解硫酸銅溶液，一段時間后，若將0.1mol Cu2(OH)2CO3溶解于該溶液，恰好使溶液恢復至起始成分和濃度，說明電解生成的物質為：陰極上生成0.2molCu，0.1mol氫氣，陽極上生成0.15mol氧氣，轉移電子0.15mol×4=0.6mol，則燃料電池中理論上消耗CH4的物質的量為=0.075mol，標準狀況下的體積為0.075mol×22.4L/mol =1.68 L，故答案為：O2；CH4＋2H2O－8e-==CO2+8H＋；1.68 L；

(4)在20mL0.1 mol·L-1Na2CO3溶液中逐滴加入0.1 mol·L-1HCl溶液20mL，反應后的溶液中存在等濃度的NaHCO3和NaCl，濃度均為0.05mol/L，溶液pH=8，說明碳酸氫鈉的水解程度大于電離程度，溶液顯堿性，溶液中各陰離子的物質的量濃度大小關系為c(Cl-)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(CO32-)；====200，故答案為：c(Cl-)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(CO32-)；200。