Question

【題目】目前“低碳經(jīng)濟”正成為科學家研究的主要課題。請回答下列問題：

Ⅰ.甲烷自熱重整是一種先進的制氫方法，其反應(yīng)方程式為CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。

(1)閱讀下圖，計算上述反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH＝________kJ·mol－1。

Ⅱ.用CH4或其他有機物、O2為原料可設(shè)計成燃料電池。

(2)以CnH2nOn、O2為原料，H2SO4溶液為電解質(zhì)設(shè)計成燃料電池，則負極的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。

(3)以CH4、O2為原料，100mL0.15mol·L－1NaOH溶液為電解質(zhì)設(shè)計成燃料電池，若放電時參與反應(yīng)的氧氣體積為448mL(標準狀況)，產(chǎn)生的氣體全部被溶液吸收，則所得溶液中溶質(zhì)的成分及物質(zhì)的量之比為________________________，各離子濃度由大到小的順序為________________________________________________________________________。

Ⅲ.利用I2O5消除CO污染的反應(yīng)為5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)，不同溫度下，向裝有足量I2O5固體的2L恒容密閉容器中通入4molCO，測得CO2的體積分數(shù)隨時間t變化曲線如下圖。請回答：

(4)T2時，0～0.5min內(nèi)的反應(yīng)速率v(CO)＝________________。

(5)T1時化學平衡常數(shù)K＝________。

(6)下列說法不正確的是________（填標號）。

A．容器內(nèi)氣體密度不變，表明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)

B．兩種溫度下，c點時體系中混合氣體的壓強相等

C．d點時，增大體系壓強，CO的轉(zhuǎn)化率不變

D．b點和d點時化學平衡常數(shù)的大小關(guān)系：Kb<Kd

Answer 1

【答案】＋161.1CnH2nOn－4ne－＋nH2O===nCO2＋4nH＋n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)＝1∶1c(Na＋)>c(HCO3－)>c(CO32－)>c(OH－)>c(H＋)1.6mol·L－1·min－11024BD

【解析】

Ⅰ.(1)由能量圖，得①CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(g)△H=-846.3kJmoL-1，②CO2(g)═CO(g)+O2(g)△H=+282kJmoL-1，③O2(g)+H2(g)═H2O(g)△H=-241.8kJmoL-1，根據(jù)蓋斯定律，將①-③×3+②得CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H=(-846.3+241.8×3+282)kJmoL-1=+161.1kJmoL-1；故答案為：+161.1；

(2)燃料電池中，負極上投放燃料所以投放甲烷的電極是負極，負極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CnH2nOn-4ne-+nH2O═nCO2+4nH+，故答案為：CnH2nOn-4ne-+nH2O═nCO2+4nH+；

(3)參與反應(yīng)的氧氣在標準狀況下體積為448mL，物質(zhì)的量為=0.02mol，假設(shè)生成二氧化碳，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，生成二氧化碳為=0.01mol，n(NaOH)=0.1L×0.15molL-1=0.015mol，n(NaOH)：n(CO2)=0.015mol：0.01mol=3：2，實質(zhì)上發(fā)生反應(yīng)2CO2+3NaOH=Na2CO3+NaHCO3+H2O，所以所得溶液中溶質(zhì)的成分及物質(zhì)的量之比為n(Na2CO3)：n(NaHCO3)=1：1；溶液中碳酸根水解，碳酸氫根的水解大于電離，溶液呈堿性，故c(OH-)＞c(H+)，碳酸根的水解程度大于碳酸氫根，故c(HCO3-)＞c(CO32-)，鈉離子濃度最大，水解程度不大，碳酸根濃度原大于氫氧根離子，故c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)，故答案為：n(Na2CO3)：n(NaHCO3)=1：1；c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)；

Ⅱ.(4)a點時：5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s)

起始量/mol 4 0

轉(zhuǎn)化量/mol x x

a點量/mol 4-x x

根據(jù)a點時CO2的體積分數(shù)φ(CO2)==0.40，得x=1.6mol，

則從反應(yīng)開始至a點時的反應(yīng)速率為v(CO)==1.6molL-1min-1，故答案為：1.6molL-1min-1；

(5)T1時：5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s)

起始量/mol 0

轉(zhuǎn)化量/moly y

b點量/mol4-y y

根據(jù)b點時CO2的體積分數(shù)φ(CO2)==0.80，得y=3.2mol，c(CO)=0.4molL-1，c(CO2)=1.6molL-1，T1時化學平衡常數(shù)K===1024，故答案為：1024；

(6)A．因為條件為恒容，而反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，所以容器內(nèi)氣體密度不變時，表明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故A正確；B．c點為交點，氣體物質(zhì)的量分別相等，所以兩種溫度下，體系中混合氣體的壓強不等，故B錯誤；C．反應(yīng)前后氣體體積不變，壓強變化對平衡無影響，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故C正確；D．b點比d點時生成物CO2體積分數(shù)大，說明進行的程度大，則化學平衡常數(shù)：Kb＞Kd，故D錯誤；故答案為：BD。