Question

14．丙烷在燃燒時能放出大量的熱，它也是液化石油氣的主要成分，作為能源應用于人們的日常生產和生活．
已知：①2C₃H₈（g）+7O₂（g）=6CO（g）+8H₂O（l）；△H=-2741.8kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol
（1）反應C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）的△H=-2219.9KJ/mol
（2）C₃H₈在不足量的氧氣里燃燒，生成CO和CO₂以及氣態(tài)水，將所有的產物通入一個固定體積的密閉容器中，在一定條件下發(fā)生如下可逆反應：CO （g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂ （g）
①下列事實能說明該反應達到平衡的是bd．
a．體系中的壓強不發(fā)生變化                  b．υ_正（H₂）=υ_逆（CO）
c．混合氣體的平均相對分子質量不發(fā)生變化    d．CO₂的濃度不再發(fā)生變化
②T℃時，在一定體積的容器中，通入一定量的CO（g）和H₂O（g），發(fā)生反應并保持溫度不變，各物質濃度隨時間變化如表：

時間/min	CO	H2O（g）	CO2	H2
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	0.100	0.200	0.100	0.100
4	0.100	0.200	0.100	0.100
5	0.116	0.216	0.084	C1
6	0.096	0.266	0.104	C2

第5、6min時的數據是保持溫度和體積不變時，改變某一條件后測得的．則第4～5min之間，改變的條件增加H₂濃度，第5～6min之間，改變的條件是增加H₂O（g）濃度．
已知420℃時，該化學反應的平衡常數為9．如果反應開始時，CO和H₂O（g）的濃度都是0.01mol/L，則CO在此條件下的轉化率為75%．又知397℃時該反應的平衡常數為12，請判斷該反應的△H＜0 （填“＞”、“=”、“＜”）．
（3）依據（1）中的反應可以設計一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丙烷氣體；燃料電池內部是熔融的摻雜著氧化釔（Y₂O₃）的氧化鋯（ZrO₂）晶體，在其內部可以傳導O^2-．在電池內部O^2-移向負極（填“正”或“負”）；電池的負極反應式為C₃H₈+10O^2--20e-=3CO₂+4H₂O．
（4）用上述燃料電池用惰性電極電解足量Mg（NO₃）₂和NaCl的混合溶液．電解開始后陰極的現(xiàn)象為有無色氣體生成，有白色沉淀生成．

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律來計算丙烷完全燃燒的反應熱，由①2C₃H₈（g）+7O₂ （g）=6CO （g）+8H₂O△H₁=-2741.8kJ/mol，
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566kJ/mol，根據蓋斯定律可知，$\frac{①+②×3}{2}$可得；
（2）①反應為氣體體積不變的反應，利用平衡的特征“等”、“定”及由此衍生的一些量來分析；
②第4～5min之間，反應物的濃度增大，二氧化碳的濃度減小，平衡向正反應方向移動；第5～6min之間，生成物的濃度增大，且水的濃度增大，則改變條件是增大水的量；化學平衡常數等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比；根據化學平衡常數計算生成物的濃度，轉化率等于反應的濃度與初始濃度的比；420℃時，該化學反應的平衡常數為9，又知397℃時該反應的平衡常數為12，升高溫度平衡常數減小，則平衡逆向移動，正反應為放熱反應；
（3）原電池內部陰離子向由正極向負極移動；原電池負極放出氧化反應，丙烷在負極放電，與O^2-結合生成二氧化碳與水；
（4）電解池陰極發(fā)生還原反應，陽離子在陰極放電，H⁺（實際是水）在陰極放電生成氫氣，產生氫氧根離子，氫氧根離子與鎂離子反應生成氫氧化鎂沉淀．

解答 解：（1）由①2C₃H₈（g）+7O₂ （g）=6CO （g）+8H₂O△H₁=-2741.8kJ/mol，
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566kJ/mol，
根據蓋斯定律可知，$\frac{①+②×3}{2}$可得C₃H₈（g）+5O₂ （g）=3CO₂ （g）+4H₂O，
其反應熱為$\frac{（-2741.8KJ/mol）+（-566KJ/mol）×3}{2}$=-2219.9KJ/mol，
故答案為：-2219.9KJ/mol；
（2）①a．由反應可知，反應前后的壓強始終不變，則體系中的壓強不發(fā)生變化，不能判斷平衡，故a錯誤；                   
b．v_正（H₂）=v_逆（CO），說明一氧化碳正逆反應速率相同，說明反應達到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．，因體積不變，氣體的總質量不變，氣體體積不變，所以混合氣體的平均摩爾質量始終不變，不發(fā)生變化，不能判斷平衡，故c錯誤；               
d．CO₂的濃度不再發(fā)生變化，由平衡的特征“定”可知，則化學反應達到平衡，故d正確；
故答案為：bd；
②第4～5min之間，反應物的濃度增大，二氧化碳的濃度減小，平衡向正反應方向移動，則改變條件是增大氫氣濃度，第5～6min之間，生成物的濃度增大，且水的濃度增大，則改變條件是增大水濃度，420℃時，設參加反應的CO的濃度為x，則K=$\frac{x×x}{（0.01-x）（0.01-x）}$=9，解之得x=0.0075mol/L，則在此條件下的轉化率為$\frac{0.0075mol/L}{0.01mol/L}$×100%=75%，420℃時，該化學反應的平衡常數為9，又知397℃時該反應的平衡常數為12，升高溫度平衡常數減小，則平衡逆向移動，正反應為放熱反應，則△H＜0，
故答案為：增加H₂濃度；增加H₂O（g）濃度；75%；＜；
（3）原電池內部陰離子向由正極向負極移動，所以電池內部O^2-由正極移向負極；原電池負極放出氧化反應，丙烷在負極放電，與O^2-結合生成二氧化碳與水，電極反應式為C₃H₈+10O^2--20e-=3CO₂+4H₂O．
故答案為：負；C₃H₈+10O^2--20e-=3CO₂+4H₂O．
（4）電解池陰極發(fā)生還原反應，陽離子在陰極放電，水在陰極放電，電極反應式為2H₂O-2e-=H₂↑+2OH^-，同時反應反應Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，故電解開始后陰極的現(xiàn)象為：有無色氣體生成，有白色沉淀生成．
故答案為：有無色氣體生成，有白色沉淀生成．

點評 本題考查蓋斯定律、反應熱的計算、化學反應速率、原電池、影響化學平衡的因素、平衡常數的有關計算，題目難度中等．