Question

碳和碳的化合物在生產、生活中的應用非常廣泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一種理想，更是一種值得期待的新的生活方式．
（1）甲烷燃燒放出大量的熱，可作為能源用于人類的生產和生活．
已知：①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）△H₁=-1214 kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566 kJ/mol
則表示甲烷燃燒熱的熱化學方程式

 

．
（2）①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

 

．
②某同學利用甲烷燃料電池設計了一種電解法制取Fe（OH）₂的實驗裝置（如圖所示），通電后，溶液中產生大量的白色沉淀，且較長時間不變色．下列說法中正確的是

 

（填序號）．
A．電源中的a一定為正極，b一定為負極
B．可以用NaCl溶液作為電解液
C．A、B兩端都必須用鐵作電極
D．陰極發生的反應是：2H⁺+2e^-═H₂↑
（3）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入體積為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：

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

①該反應的正反應為

 

（填“吸”或“放”）熱反應．
②實驗1中，以v（H₂）表示的平均反應速率為

 

．
③實驗2中，達到平衡時CO的轉化率為

 

．
④實驗3跟實驗2相比，改變的條件可能是

 

（答一種情況即可）．
（4）將2.4g碳在足量氧氣中燃燒，所得氣體通入100mL 3.0mol/L的氫氧化鈉溶液中，完全吸收后，溶液中所含溶質為：

 

．

Answer 1

分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到熱化學方程式，燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成溫度氧化物放出的熱量；
（2）①甲烷燃料電池的電解質溶液是堿溶液，原電池反應燃料在負極發生氧化反應，依據電荷守恒書寫電極反應；
②A、B端析出氫氣可驅趕原溶液中溶解的少量氧氣；
B．陽極上鐵失電子得到亞鐵離子，陰極上氫離子放電，所以可以電解質溶液可以選取氯化鈉溶液；
C．陽極應該用鐵電極，陰極用惰性電極亦可；
D．陰極上得電子生成氫氣；
（3）①第二組溫度比第一組高，反應物物質的量比第一組減半，但是平衡時CO₂的物質的量比第一組的一半少，表明該反應為放熱反應；
②根據方程式可知v（H₂）=v（CO₂），根據v=

△c

△t

計算；
③依據平衡時二氧化碳物質的量計算消耗的一氧化碳物質的量，結合轉化率概念計算得到；
④實驗3跟實驗2相比，溫度相同，濃度相同，但實驗3達到平衡所用時間少，反應速率更大，但平衡狀態一樣；
（4）依據二氧化碳和氫氧化鈉物質的量之比，利用極值方法計算判斷生成產物．

解答：解：（1）①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）△H₁=-1214 kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566 kJ/mol；
由據蓋斯定律①+②得到 2CH₄（g）+4O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1780kJ?mol^-1；
燃燒熱為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890kJ?mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890kJ?mol^-1；
（2）①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，燃料在負極上失電子發生氧化反應，電極反應為：CH₄-8e^-+10 OH^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10 OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
②A、因為生成的氫氣將裝置中原有氧氣帶出，且氫氣的密度小于水，所以氫氣從B端陰極析出，A電極則是鐵做陽極失去電子生成亞鐵離子，所以“a”為正極，“b”為負極，故A錯誤；
B、因為陽極是鐵，活潑電極作陽極時，陽極材料鐵失電子生成亞鐵離子，陰極上氫離子放電，生成氫氣，所以能生成氫氧化亞鐵白色沉淀，則電解液選用NaCl溶液不影響實驗，故B正確；
C、陽極應該用鐵電極，陰極可以是鐵也可以是其他惰性電極，故C錯誤；
D、陽極應該用鐵電極，陰極可以是鐵也可以是其他惰性電極，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，氫氣能防止氫氧化亞鐵被氧化而導致實驗失敗，所以電極反應式為：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，故D正確；
故選：BD；
（3）①實驗1中CO的轉化率為

1.6mol

4mol

×100%=40%，實驗2中CO的轉化率為

0.4mol

2mol

×100%=20%，則實驗1的轉化率大于實驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應方向移動，正反應放熱，
故答案為：放；
②根據方程式可知v（H₂）=v（CO₂），則v（H₂）=v（CO₂）=

1.6mol 2L

5min

=0.16mol/（L?min），
故答案為：0.16mol/（L?min）；
③實驗3跟實驗2相比，溫度相同，濃度相同，但實驗3達到平衡所用時間少，反應速率更大，但平衡狀態一樣，應是使用了催化劑，由于反應前后氣體體積不變，則增大了壓強，平衡也不移動，也可能為壓強的增大，
故答案為：使用了催化劑或增大了壓強；
（4）將2.4g碳物質的量=

2.4g

12g/mol

=0.2mol，在足量氧氣中燃燒，所得氣體通入100mL 3.0mol/L的氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉物質的量=0.1mol×3.0mol/L=0.3mol；n（CO₂）：n（NaOH）=0.2：0.3=2：3，
完全吸收后，若二氧化碳和氫氧化鈉反應生成碳酸鈉，CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O，物質的量之比n（CO₂）：n（NaOH）=1：2，
若二氧化碳和氫氧化鈉反應生成碳酸氫鈉，物質的量之比n（CO₂）：n（NaOH）=1：1，
而1：2＜2：3＜1：1，所以生成的產物為碳酸鈉和碳酸氫鈉，
故答案為：NaHCO₃、Na₂CO₃．

點評：本題考查化學平衡的計算，化學反應產物判斷方法，題目難度中等，做題時注意把握影響平衡移動的因素以及平衡常數的有關計算，此為化學平衡常考查問題．