Question

14．由碳元素構成的各種單質和化合物始終都是科學家研究的重要對象．

（1）圖1為碳及其氧化物的變化關系圖，若①變化是置換反應則其化學方程式可為（寫一個即可）C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$H₂+CO；寫出實驗室檢驗CO₂氣體的離子反應方程式：①③
（2）汽車尾氣中的一氧化碳是大氣污染物，可通過反應：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂?CO（g）降低其濃度．某溫度下，在兩個容器中進行上述反應，容器中各物質的起始濃度及正逆反應速率關系如下表所示．請?zhí)顚懕碇械目崭瘢?br />

容器編號	c（CO）/mol．L-1	c（O2）/mol．L-1	（CO2）/mol．L-1	v（正）和v（逆）比較
Ⅰ	2.0×10-4	4.0×10-4	4.0×10-2	v（正）=v（逆）
Ⅱ	3.0×10-4	4.0×10-4	5.0×10-2	v（正）＞v（逆）

（3）CCS 技術是將工業(yè)和有關能源產業(yè)中所生產的CO₂進行捕捉與封存的技術，被認為是拯救地球、應對全球氣候變化最重要的手段之一．其中一種以天燃氣為燃料的“燃燒前捕獲系統(tǒng)”的簡單流程圖如圖2所示（部分條件及物質未標出）．回答下列問題：
CH₄在催化劑作用下實現(xiàn)第一步，也叫CH₄不完全燃燒，1gCH₄不完全燃燒反應放出2.21kJ熱量，寫出該反應的熱化學方程式2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72kJ•mol^-1．
（4）甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應用的廣闊前景，工業(yè)上可用（3）轉化中得到的合成氣制備甲醇．反應為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 某溫度下，在容積為2L的密閉容器中進行該反應，其相關數(shù)據(jù)見圖3：
①根據(jù)圖3計算，從反應開始到t min時，用H₂濃度變化表示的平均反應速率v（H₂）=$\frac{1}{5t}$mol/（L•min）
②t min至2t min時速率變化的原因可能是反應受熱或使用了催化劑；
③3t min時對反應體系改變了一個條件，至4t min時CO的物質的量為0.5mol，
請畫出圖3中3tmin 到4t min內CO的物質的量隨時間變化的曲線．
（5）某同學按圖所示的裝置用甲醇燃料電池（裝置I）進行電解的相關操作，以測定銅的相對原子質量，其中c電極為銅棒，d電極為石墨，X溶液為500mL 0.4mol/L硫酸銅溶、液．當裝置II中某電極上收集到標準狀況下的氣體V₁mL時，另一電極增重mg（m＜12.8）．

①裝置I中、H⁺向a極（填“a”或“b”）移動；b電極上發(fā)生的反應為CH₃OH-6eˉ+H₂O=CO₂+6H⁺．
②銅的相對原子質量的表達式為$\frac{11200m}{{V}_{1}}$ （用m和V₁的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）碳和二氧化碳反應生成一氧化碳；碳與水蒸氣和碳與二氧化碳反應是吸熱反應；
（2）再利用II中的Q來判斷反應進行的方向，從而得出正逆反應速率的關系；
（3）根據(jù)流程圖可知甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和氫氣，依據(jù)熱化學方程式的書寫方法寫出，標注物質聚集狀態(tài)和對應焓變；
（4）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$進行計算；
②反應速率加快，而且在t的時刻，達平衡狀態(tài)進行分析求解；
③平衡正向移動，是增加CO的量導致平衡正向移動；
（5）①由裝置II中某電極上收集到標準狀況下的氣體V₁mL時，另一電極增重mg可知，d極為陽極，而c極為陰極；
②根據(jù)陽極產生氣體的體積，求出整個過程中轉移電子的物質的量，然后銅的相對原子質量．

解答 解：（1））碳和二氧化碳反應生成一氧化碳，方程式為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$H₂+CO；碳與水蒸氣和碳與二氧化碳反應是吸熱反應，所以①③的變化過程是吸熱反應，故答案為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$H₂+CO；①③；
（2）由Ⅰ可求K=$\frac{4×1{0}^{-2}}{2×1{0}^{-4}\sqrt{4.0×1{0}^{-4}}}$=10⁴，

由Ⅱ可求Q=$\frac{5.0×1{0}^{-2}}{3.0×1{0}^{-4}\sqrt{4.0×1{0}^{-4}}}$=$\frac{5}{6}$×10⁴＜K，
故平衡右移，v（正）＞v（逆），故答案為：＞；
（3）根據(jù)流程圖可知甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和氫氣，1gCH₄燃燒生成一氧化碳和氫氣放熱2.21kJ，16g甲烷燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放出熱量16×2.21kJ=35.36KJ，16g甲烷為1mol，則甲烷不完全燃燒的熱化學方程式為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72  kJ•mol^-1，
故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72  kJ•mol^-1；
（4）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{2-1.6}{2}}{t}$=$\frac{1}{5t}$mol/（L•min），故答案為：$\frac{1}{5t}$mol/（L•min）；
②反應速率加快，而且在t的時刻，達平衡狀態(tài)，可能是反應受熱或使用了催化劑，故答案為：反應受熱或使用了催化劑；
③平衡正向移動，是增加CO的量導致平衡正向移動，所以圖象為：，故答案為：；
（5）①由裝置II中某電極上收集到標準狀況下的氣體V₁mL時，另一電極增重mg可知，d極為陽極，而c極為陰極，所以與d極相連的a極為正極，原電池中陽離子向正極移動，b電極為負極是燃料發(fā)生氧化反應，反應方程式為：CH₃OH-6eˉ+H₂O=CO₂+6H⁺，故答案為：a、CH₃OH-6eˉ+H₂O=CO₂+6H⁺；
 ②整個過程中轉移電子的物質的量為：$\frac{1{0}^{-3}{V}_{1}}{22.4}$，所以生成銅的物質的量為：$\frac{{V}_{1}}{11200}$，所以銅的相對原子質量的表達式為$\frac{11200m}{{V}_{1}}$，故答案為：$\frac{11200m}{{V}_{1}}$．

點評 本題考查溶度積、化學反應熱、平衡的移動和電化學的相關知識，綜合性強，有難度，注意知識的梳理和整合是解題的關鍵．