Question

（1）某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化，在200mL稀盐酸中加入足量的锌粉，用排水集气法收集反应放出的氢气，实验记录如下(累计值)：

时间(min)	1	2	3	4	5
氢气体积(mL)(标准状况)	50	120	232	290	310

①上述实验过程中，反应速率最大时间段是________(选填字母作答)，该时间段反应速率最大的主要原因是________________________________________________________。

A．0～1min      B．1～2min     C．2～3min     D．3～4min     E．4～5min

②求2～3分钟时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率___________________(假设反应过程中溶液体积不变)。

（2）某温度下在容积为1L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图。

①该反应的化学方程式是______________________________________________。

②该反应达到平衡状态的标志是________。

A．X的浓度不再改变

B．Y的体积分数在混合气体中保持不变

C．容器内气体的总压强保持不变

D．容器内气体的总质量保持不变

③反应进行到2min时，Y的转化率为_____________。

（3）燃料电池可以将气体燃料和氧气直接反应产生电能，其效率高、污染低，是一种很有前途的能源利用方式。但传统燃料电池使用氢气为燃料，而氢气既不易制取又难以储存，导致燃料电池成本居高不下。科研人员尝试用便宜的甲烷、乙烷等碳氢化合物为燃料，设计出新型燃料电池，使其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池。请写出以甲烷为燃料、硫酸为电解质溶液的该新型燃料电池工作时负极的电极反应方程式_________。

Answer

2～3min 反应放热，温度升高，反应速率增大 0.05mol/(L·min) X+3Y2Z ABC 30% 2H2O+CH4-8e-=CO2+8H+

【解析】

(1)①生成气体体积越大的时间段，反应速率越大，结合温度、浓度对反应速率的影响分析；

②计算出氢气的体积，根据反应中盐酸与氢气的物质的量的关系式，计算消耗盐酸的物质的量，求出盐酸浓度的变化，最后计算反应速率；

（2）①根据参加反应的物质的物质的量之比等于化学计量数之比书写化学方程式；

②反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的物质的量、浓度等不再变化，由此判断；

③由转化率公式计算；

（3）燃料电池中负极发生氧化反应，根据电池的酸碱性环境书写负极反应式。

（1）①在0～1、1～2、2～3、3～4、4～5、时间段中，产生气体的体积分别为50mL、70mL、112mL、58mL、20mL，生成气体体积越大的时间段，反应速率越大，由此可知反应速率最大的时间段为：2～3min，该时间段反应速率最大的主要原因锌与盐酸反应放热，温度升高，反应速率增大，答案为：2～3min；反应放热，温度升高，反应速率增大；

②在2～3min时间段内，n(H2)= =0.005mol，根据反应的化学方程式 Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑，得到关系式：2HCl ～H2，所以消耗盐酸的物质的量为0.01mol，则v(HCl)==0.05mol/(L·min)；

（2）①由图象可知该反应为可逆反应，反应中X、Y的物质的量减少，为反应物，Z的物质的量增多，为生成物，当反应进行到5分钟时，X、Y、Z三种物质的物质的量的变化分别为0.2mol、0.6mol、0.4mol，故X、Y、Z三种物质的物质的量变化量之比为1：3：2，根据参加反应的物质的物质的量之比等于化学计量数之比，得出该反应的化学方程式为：X+3Y2Z；

②A．X的浓度不再改变，即X的消耗速率和生成速率相同，可以判断达到平衡状态；

B．Y的体积分数在混合气体中保持不变，说明Y的生成速率和消耗速率相同，可以判断达到平衡状态；

C．该反应是气体的物质的量有变化的反应，在达到平衡之前，容器中的压强一直在变化，当容器内气体的总压强保持不变则说明反应达到了平衡；

D．反应中三种物质都是气体，密闭容器内气体的总质量始终保持不变，容器内气体的总质量保持不变不能说明反应达到平衡状态，故答案是：ABC；

③2min内Y的物质的量变化为1.0mol-0.7mol=0.3mol，2min内Y的转化率=100%=30%；

（3）甲烷燃料电池中发生氧化反应的是甲烷，甲烷在负极放电，在酸性环境下生成二氧化碳和水，故负极反应式为：2H2O+CH4-8e-=CO2+8H+。