Question

碳和碳的化合物在生產(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）甲烷燃燒放出大量的熱，可作為能源用于人類的生產(chǎn)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(xué)方程式

 

．
（2）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某同學(xué)利用甲烷燃料電池設(shè)計(jì)了一種電解法制取Fe（OH）₂的實(shí)驗(yàn)裝置（如圖所示），通電后，溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀，且較長時(shí)間不變色．下列說法中正確的是

 

（填序號(hào)）．
A．電源中的a一定為正極，b一定為負(fù)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(fā)生的反應(yīng)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(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
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(yīng)的正反應(yīng)為

 

（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)．
②實(shí)驗(yàn)1中，以v（H₂）表示的平均反應(yīng)速率為

 

．
③實(shí)驗(yàn)2中，達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為

 

．
④實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)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(zhì)為：

 

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到熱化學(xué)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(zhì)溶液是堿溶液，原電池反應(yīng)燃料在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，依據(jù)電荷守恒書寫電極反應(yīng)；
②A、B端析出氫氣可驅(qū)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(zhì)溶液可以選取氯化鈉溶液；
C．陽極應(yīng)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(yīng)物物質(zhì)的量比第一組減半，但是平衡時(shí)CO₂的物質(zhì)的量比第一組的一半少，表明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
②根據(jù)方程式可知v（H₂）=v（CO₂），根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算；
③依據(jù)平衡時(shí)二氧化碳物質(zhì)的量計(jì)算消耗的一氧化碳物質(zhì)的量，結(jié)合轉(zhuǎn)化率概念計(jì)算得到；
④實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，溫度相同，濃度相同，但實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡所用時(shí)間少，反應(yīng)速率更大，但平衡狀態(tài)一樣；
（4）依據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉物質(zhì)的量之比，利用極值方法計(jì)算判斷生成產(chǎn)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(jù)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(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，燃料在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：CH₄-8e^-+10 OH^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10 OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
②A、因?yàn)樯�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(fù)極，故A錯(cuò)誤；
B、因?yàn)殛枠O是鐵，活潑電極作陽極時(shí)，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(shí)驗(yàn)，故B正確；
C、陽極應(yīng)該用鐵電極，陰極可以是鐵也可以是其他惰性電極，故C錯(cuò)誤；
D、陽極應(yīng)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(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，所以電極反應(yīng)式為：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，故D正確；
故選：BD；
（3）①實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為

1.6mol

4mol

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

0.4mol

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)，正反應(yīng)放熱，
故答案為：放；
②根據(jù)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(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，溫度相同，濃度相同，但實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡所用時(shí)間少，反應(yīng)速率更大，但平衡狀態(tài)一樣，應(yīng)是使用了催化劑，由于反應(yīng)前后氣體體積不變，則增大了壓強(qiáng)，平衡也不移動(dòng)，也可能為壓強(qiáng)的增大，
故答案為：使用了催化劑或增大了壓強(qiáng)；
（4）將2.4g碳物質(zhì)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(zhì)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(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＜2：3＜1：1，所以生成的產(chǎn)物為碳酸鈉和碳酸氫鈉，
故答案為：NaHCO₃、Na₂CO₃．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物判斷方法，題目難度中等，做題時(shí)注意把握影響平衡移動(dòng)的因素以及平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算，此為化學(xué)平衡�？疾閱栴}．