Question

碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一种理想，更是一种值得期待的新的生活方式。

(1) 甲烷燃烧放出大量的热，可作为能源用于人类的生产和生活。

已知：①2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H₁=-1214kJ/mol

②2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g) △H₂=-566 kJ/mol

则表示甲烷燃烧热的热化学方程式____________________________________。

(2) 将两个石墨电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH₄和O₂，构成甲烷燃料电池。其负极电极反应式是：_____________________________。

（3）某同学利用甲烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe(OH)₂的实验装置（如下图所示），通电后，溶液中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色。下列说法中正确的是______（填序号）

A．电源中的a一定为正极，b一定为负极

B．可以用NaCl溶液作为电解液

C．A、B两端都必须用铁作电极

D．阴极发生的反应是：2H⁺+ 2e^－= H₂↑

（4）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应：

CO（g）+H₂O（g）===CO₂（g）+H₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/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实验1中，以v (H₂)表示的平均反应速率为______________。

②实验3跟实验2相比，改变的条件可能是_________________（答一种情况即可）。

Answer

CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l） △H1=-890KJ∙mol-1 CH4-8e-+ 10 OH-=CO32-+ 7H2O B、D 0.16mol/(L·min) 使用催化剂 增大压强（任答一种）

【解析】

（1）根据盖斯定律，由已知热化学方乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数并进行相应的加减，据此计算；

（2）①根据CH4和O2构成燃料电池，甲烷在负极发生氧化反应，碱性环境下生成CO32-；

（3）A、B端析出氢气可驱赶原溶液中溶解的少量氧气；

B、电解液选用NaCl溶液不影响实验，因为阳极是铁失电子生成亚铁离子，溶液中的阴离子不放电；

C、阳极应该用铁电极，阴极用惰性电极亦可；

D、B电极反应是阴极氢离子放电生成氢气；

（4）①根据图表数据，CO2的浓度增加0.8mol/L，所以氢气浓度也增加0.8mol/L，v (H2)= 进行计算；

②实验3跟实验2相比，温度相同，浓度相同，但实验3达到平衡所用时间少，反应速率更大，平衡不移动，可以使用催化剂或增大压强等。

（1）甲烷完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水，所以甲烷燃烧热的热化学方程式中甲烷的物质的量是1mol，将①②相加除以2可得：CH4（g）+2O2（g）CO2（g）+2H2O（l） △H1=-890KJ∙mol-1；

答案是：CH4（g）+2O2（g）CO2（g）+2H2O（l） △H1=-890KJ．mol-1

（2）负极发生氧化反应，所以甲烷在负极发生氧化反应，结合电解质溶液，负极的电极反应式为CH4- 8e-+ 10 OH-CO32-+ 7H2O；

（3）A、电解过程中两极分别是H+和Fe放电生成氢气和亚铁离子，所以两极哪端都可以生成氢气，a不一定为正极，b不一定为负极，但a为正极，b为负极，效果较好，错误；B、在装置中铁一定作阳极，所以氯化钠溶液是电解质溶液，不影响阳极Fe放电生成亚铁离子，阴极H+放电生成氢气，正确；

C、装置中铁一定作阳极，阴极可以是铁，也可以是其他惰性电极，错误；

D、阴极H+放电生成氢气，正确；

答案选BD。

（4）①实验1中，CO2的浓度增加0．8mol/L，所以氢气浓度也增加0.8mol/L，v (H2)= =0.16mol/(L·min)；

②实验3跟实验2相比，到达平衡时间缩短，说明反应速率加快，反应温度、各物质的物质的量均未变，所以可能是使用了催化剂或增大压强。