Question

（14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

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（2分） （5）1024 （2分）

（6）BD （2分，少选得1分，有错误选项0分）

【解析】

试题分析：I、（1）设三个反应过程对应的化学反应分别为ΔH1=-846.3kJ/mol,ΔH2=282kJ/mol，ΔH3=-241.8kJ/mol，根据盖斯定律，则ΔH1+ΔH2-3×ΔH3即可得到CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)的反应热为ΔH=ΔH1+ΔH2-3×ΔH3=+161.1kJ/mol；

II、（2）以CnH2nOn、O2为原料，H2SO4溶液为电解质设计成燃料电池，则CnH2nOn在负极发生氧化反应，因为电解质为酸性，所以负极失去电子生成二氧化碳和氢离子，电极反应式是CnH2nOn – 4ne– + nH2OnCO2 + 4nH+；

（3）若放电时参与反应的氧气体积为448 mL（标准状况），物质的量是0.448L/22.4L/mol=0.02mol，转移电子的物质的量是0.08mol，负极是甲烷失去8个电子先生成二氧化碳气体，则生成二氧化碳的物质的量是0.01mol，产生的二氧化碳气体全部被溶液吸收，100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液中NaOH的物质的量是0.015mol，设生成碳酸钠和碳酸氢钠的物质的量分别为xmol、ymol,则x+y=0.01,2x+y=0.015，解得x=0.005，y=0.005，则所得溶液中溶质的成分为碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，物质的量之比是0.005:0.005=1:1；因为碳酸根离子的水解程度大于碳酸氢根离子，则溶液为碱性，且碳酸氢根离子的浓度大于碳酸根离子浓度，所以溶液中离子的浓度关系是c(Na+)> c(HCO3-)> c(CO32-)> c(OH-)> c(H+)；

Ⅲ、（4）5CO(g) + I2O5(s) 5CO2(g) + I2(s)是反应前后气体的物质的量不变的可逆反应，则0.5min时二氧化碳的含量是0.40，则二氧化碳的物质的量是4mol×0.4=1.6mol，说明CO的浓度减少1.6mol/2L=0.8mol/L，所以T2时，0 ~ 0.5 min内的反应速率v(CO)=0.8mol/L/0.5min=1.6mol/(L·min)-1

（5）T1时达到平衡时二氧化碳的体积分数即物质的量分数是0.8，则二氧化碳的物质的量是4mol×0.8=3.2mol，所以CO的物质的量是4-3.2=0.8mol，则化学平衡常数K =(3.2mol/2L)5/(0.8mol/2L)5=1024 ；

（6）A、该反应又固体参加，所以气体的质量分数变化，容器的体积不变，则气体的密度不变的状态为平衡状态，正确；B、c点时气体的物质的量相同，但温度不同，则气体的压强不同，错误；C、因为该反应的气体的物质的量不变，所以压强的改变对平衡无影响，所以平衡不移动，则CO的转化率不变，正确；D、根据先拐先平数值大的原理，T1 Kd，错误，答案选BD。

考点：考查电化学反应原理，平衡移动原理，盖斯定律的应用