Question

碳和碳的化合物在人類生產(chǎn)、生活中的應(yīng)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）將兩個(gè)石墨電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH₄和O₂，構(gòu)成甲烷燃料電池．其負(fù)極電極反應(yīng)式是

 

．
（2）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(jìn)行反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		H2O	CO	CO2	CO
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	1

①實(shí)驗(yàn)1中，以v（H₂）表示的平均反應(yīng)速率為

 

．
②該反應(yīng)的正反應(yīng)為

 

（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)．
③若實(shí)驗(yàn)3要達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2相同的平衡狀態(tài)（即各物質(zhì)的質(zhì)量分別相等），則a、b應(yīng)滿足的關(guān)系是

 

（用含a、b的數(shù)學(xué)式表示）．
（3）將3g碳在足量氧氣中燃燒，所得氣體通入100mL 3.5mol/L的氫氧化鈉溶液中，完全吸收后，溶液中的溶質(zhì)及其物質(zhì)的量分別為

 

和

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理,反應(yīng)熱和焓變,反應(yīng)速率的定量表示方法,等效平衡

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）堿性甲烷燃料電池，具有還原性的甲烷為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）①利用化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算公式計(jì)算；
②利用轉(zhuǎn)化率與消耗量和起始量的關(guān)系計(jì)算并判斷反應(yīng)熱；
③從等效平衡的角度分析．
（3）依據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉物質(zhì)的量之比，利用元素守恒即和極限法方法計(jì)算判斷生成產(chǎn)物．

解答： 解：（1）堿性甲烷燃料電池，具有還原性的燃料甲烷為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2））①v（CO₂）=

1.6mol 2L

5min

=0.16mol/（L?min）=v（H₂），故答案為：0.16mol?（L?min）^-1；
 ②實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為

4mol-2.4mol

2mol

×100%=40%，實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為

2mol-1.6mol

2mol

×100%=20%，則實(shí)驗(yàn)1的轉(zhuǎn)化率大于實(shí)驗(yàn)2，
則說明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，該反應(yīng)放熱，故答案為：放；
③若實(shí)驗(yàn)3要達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2等效的平衡狀態(tài)，則所加入物質(zhì)的物質(zhì)的量之比等于初始原料的配比數(shù)，即b=2a，故答案為：b=2a；
（3）3g碳物質(zhì)的量=

3g

12g/mol

=0.25mol，在足量氧氣中燃燒，所得氣體通入100mL 3.5mol/L的氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉物質(zhì)的量=0.1mol×3.5mol/L=0.35mol；n（CO₂）：n（NaOH）=0.25：0.35=5：7，
完全吸收后，若二氧化碳和氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉，CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O，物質(zhì)的量之比n（CO₂）：n（NaOH）=1：2，
若二氧化碳和氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸氫鈉，物質(zhì)的量之比n（CO₂）：n（NaOH）=1：1，
而1：2＜5：7＜1：1，所以生成的產(chǎn)物為碳酸鈉和碳酸氫鈉，設(shè)碳酸鈉的物質(zhì)的量是x，碳酸氫鈉的物質(zhì)的量是y，則根據(jù)碳元素守恒：x+y=0.25mol，根據(jù)鈉元素守恒，則2x+y=0.35mol，解得x=0.1mol，y=0.15mol，所以碳酸鈉的物質(zhì)的量是0.1mol，碳酸氫鈉的物質(zhì)的量是0.15mol，
故答案為：0.15molNaHCO₃；0.1molNa₂CO₃．

點(diǎn)評(píng)：本題考查燃料電池的工作原理、化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率、元素以及化合物的計(jì)算等知識(shí)，注意元素守恒思想的靈活應(yīng)用，難度中等．