Question

（15分）目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请回答下列问题：

I．甲烷自热重整是一种先进的制氢方法，其反应方程式为：CH₄(g) + H₂O(g)CO(g) + 3H₂(g)

（1）阅读下图，计算该反应的反应热ΔH = _______________kJ/mol。

II．用CH₄或其他有机物、O₂为原料可设计成燃料电池。

（2）以C_nH_2nO_n、O₂为原料，H₂SO₄溶液为电解质设计成燃料电池，则负极的电极反应式为______________。

（3）以CH₄、O₂为原料，100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液为电解质设计成燃料电池，若放电时参与反应的氧气体积为448 mL（标准状况），产生的气体全部被溶液吸收，则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为____________________，各离子浓度由大到小的顺序为________________________________________。

III．利用I₂O₅消除CO污染的反应为：5CO(g) + I₂O₅(s)5CO₂(g) + I₂(s)，不同温度下，向装有足量I₂O₅固体的2L恒容密闭容器中通入4 mol CO，测得CO₂的体积分数随时间t变化曲线如图。请回答：

（4）T₂时，0 ~ 0.5 min内的反应速率v(CO) = ____________________。

（5）T₁时化学平衡常数K = _________________________。

（6）下列说法不正确的是____________________（填字母序号）。

A．容器内气体密度不变，表明反应达到平衡状态

B．两种温度下，c点时体系中混合气体的压强相等

C．d点时，增大体系压强，CO的转化率不变

D．b点和d点时化学平衡常数的大小关系：K_b < K_d

IV．（7）电解CO制备CH₄和W，工作原理如图所示，其原理用电解总离子方程式解释是_____________。

Answer

Ⅰ（1） +161.1 （2分）

Ⅱ（2）CnH2nOn – 4ne– + nH2OnCO2 + 4nH+ （2分）

（3）n(Na2CO3)∶n(NaHCO3) = 1∶1（2分，物质正确比例不正确给1分）

c(Na+)> c(HCO3-)> c(CO32-)> c(OH-)> c(H+) （2分）

Ⅲ（4）1.6mol/(L·min)（1分）（5）1024 或45（2分）（6）BD （2分，少选得1分，有错误选项0分）

IV．（7） 4CO + 3CO32- + 5H2O = 6HCO3- + CH4（2分）

【解析】

试题分析：（1）CH4(g) + H2O(g)===CO(g) + 3H2(g)此反应可看成：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ②CO2(g)=CO(g)+1/2O2(g) ③3H2O(g)=3H2(g)+3/2O2(g) ①+②+③得到，故此反应的ΔH = +161.1 kJ/mol

（2）燃料电池通氧气的极为正极，电解质溶液为稀硫酸，则负极的电极反应式：

CnH2nOn – 4ne– + nH2OnCO2 + 4nH+

（3）以CH4、O2为原料，100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液为电解质设计成燃料电池，若放电时参与反应的氧气体积为448 mL（标准状况），物质的量为0.02mol，被氧化的CH4为0.01mol，生成的CO2也为0.01mol，

被含0.015molNaOH的溶液吸收，则所得溶液中溶质的成分应该是Na2CO3和NaHCO3，结合Na+和C原子的守恒可知：n(Na2CO3)=n(NaHCO3)，即：n(Na2CO3)∶n(NaHCO3) = 1∶1；此时溶液显碱性，CO32-的水解程度大于HCO3-的电离程度，则离子浓度由大到小的顺序为：c(Na+)> c(HCO3-)> c(CO32-)> c(OH-)> c(H+)

（4）5CO(g) + I2O5(s)===5CO2(g) + I2(s) 反应前后体积变化为0，容器内气体总物质的量始终为4 mol CO， T2时，0 ~ 0.5 min内CO2的体积分数变为0.4，也就是有1.6molCO2生成，现时有1.6molCO参与反应，此时v(CO) =1.6mol/2L÷0.5 min=1.6mol/(L·min)；

（5）T1达到平衡时CO2的体积分数为0.8，也就是说平衡时CO2 为3.2mol，则此时CO为0.8mol，

化学平衡常数K =（3.2mol/2L）5÷（0.8mol/2L）5=45=1024

（6）因反应体系有固体物质参与，容器内气体密度不变，表明反应达到平衡状态，A选项正确；

不同温度下，容器体积相等、气体物质的量也相等时，容器内的压强不等，选项B不正确；增大体系压强，平衡不移动，CO的转化率不变，选项C正确；由图可知：平衡状态由T1变为T2时，平衡逆向移动，b点和d点时化学平衡常数的大小关系：Kb ＞Kd，选项D不正确。

（7）工作原理是阴极CO还原为CH4 说明溶液中的H2O 参与反应，阳极CO被氧化为CO2 后，生成的气体被Na2CO3溶液吸收，其原理用电解总离子方程式表示为：

4CO + 3CO32- + 5H2O = 6HCO3- + CH4

考点：无机化工流程图 涉及化学平衡的速率及平衡常数、原电池及电解池原理、电解质溶液里离子浓度大小比较等。