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) △H=—1214 kJ/mol

②2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g) △H= —566kJ/mol

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

(2)生产甲醇的原料CO和H₂来源于：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)

①一定条件下CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图，则P_l_______P₂；A、B、C三点处对应平衡常数(K_A、K_B、K_C)的大小顺序为___________(填“＜”、“＞”“=”)。

②100℃时，将1mol CH₄和2mol H₂O通入容积为10L的反应室，反应达平衡的标志是：_______。

a．容器的压强恒定          

b．单位时间内消耗0.1mol CH₄同时生成0.3mol H₂

c．容器内气体密度恒定      

d．3v(CH₄)=v(H₂)

e. 容器内气体平均相对分子质量恒定

(3)已知2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g)△H=-akJ•mol^-1(a＞0)，在一个容积固定的容器中加入2mol H₂和1mol CO，在500℃时充分反应，达平衡后CH₃OH的浓度为W mol•L^-1。反应平衡后，若向原来容器中再加入2mol H₂和1mol CO，500℃充分反应再次达平衡后，则CH₃OH浓度___________2Wmol•L^-1(填“＞”、“＜”或“=”)。

(4)某实验小组利用CO(g)、O₂(g)、KOH(aq)设计成如图所示的电池装置，

①负极的电极反应式为___________。

②用该原电池做电源，用惰性电极电解200mL饱和食盐水(足量)，消耗标准状况下的CO 224mL，则溶液的pH=___________。

Answer

CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l) △H=-890kJ·mol-1 ＜ KC＞KB＞KA ae ＞ CO-2e-+4OH-＝CO32-+2H2O 13

【解析】

(1)根据已知：①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l) △H=—1214 kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H= —566kJ/mol

依据盖斯定律①+② 2CH4(g)+4O2(g)＝2CO2(g)+4H2O(l) △H=-1780kJ·mol-1，则表示甲烷燃烧热的热化学方程式CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l) △H=-890kJ·mol-1；

(2)①在相同温度下CH4的转化率在P1时比P2的高，根据反应方程式CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)可知，增大压强，平衡逆向移动，CH4的转化率降低，所以温度一定时P1＜P2；平衡常数只受温度影响，压强不变升高温度，甲烷的转化率会增大，平衡正向进行，所以反应是吸热反应，所以温度越高，K越大，A、B、C三点处对应的温度是逐渐升高的，所以平衡常数KC＞KB＞KA；

②a. CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)可知，该反应为气体体积增大的反应，压强为变量，当容器的压强恒定，说明正逆反应速率相等，达到平衡状态，故a正确；

b.单位时间内消耗0.1molCH4同时生成0.3molH2，只能说明正反应速率,不能证明正逆反应速率相等，不一定平衡，故b错误；

c.容器内气体密度p=，质量是守恒的，V是不变的，所以密度始终不变，当密度不变时，不一定平衡，故c错误；

d.3v(CH4)=c(H2)，没有指出正逆反应速率，无法判断是否达到平衡状态，故d错误；

e.该反应前后都是气体，且气体总物质的量为变量，则混合气体的平均摩尔质量为变量，当容器内气体平均相对分子质量恒定时，表明达到平衡状态，故e正确；

故答案为：ae；

(3)已知2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)△H=-akJ•mol-1(a＞0)在一个容积固定的容器中加入2molH2和1molCO，在500℃时充分反应,达平衡后CH3OH的浓度为W mol·L-1，反应平衡后，若向原来容器中再加入2molH2和1molCO，假如平衡不移动，则平衡时CH3OH浓度为2W mol·L-1，由于增大了压强，平衡向着正向移动，甲醇浓度增大，则再次达平衡后，则CH3OH浓度大于2W mol·L-1，所以答案：＞；

(4)由图可知为CO的燃料电池，电解质溶液为KOH(aq)，负极CO发生氧化反应，失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，负极反应式为CO-2e-+4OH-＝CO32-+2H2O；

②消耗标准状况下的CO的体积为224mL，则CO的物质的量为n=0.224L÷22.4L/mol＝0.01mol，根据负极反应式CO-2e-+4OH-＝CO32-+2H2O知，转移电子为0.02mol，电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-，由电子守恒可知，生成的氢氧根离子的物质的量为0.02mol，则c(OH-)=0.1mol/L，pH=13。