Question

（2012?河西区一模）碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛，此方面的科学研究为当今提倡的“低碳生活方式”提供依据．请按要求回答下列问题：
（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）△H₁=-1214kJ/mol②2CO （g）+O₂ （g）=2CO₂ （g）△H₂=-566kJ/mol写出甲烷燃烧热的热化学方程式：

CH₄ （g）+2O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂O （l）△H=-890kJ/mol

．
（2）甲烷燃料电池已得到广泛使用．若在酸性介质中，该电池工作时负极电极反应式为

CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺

．某同学利用此甲烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe（OH）₂的实验装置如右图所示．通电后，溶液中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色．
①b端所用电极材料为

铁

．
②写出一种适合该装置的电解质溶液的名称：

NaCl溶液

③写出该装置工作时的总反应：

Fe+2H₂O

通电  .

Fe（OH）₂+H₂↑

．

（3）焦炭可以用于制取新型陶瓷材料氮化硅（Si₃N₄）．在1300～1700℃的氮气流中SiO₂与焦炭发生如下反应：3SiO₂ （s）+6C （s）+2N₂ （g）?Si₃N₄ （s）+6CO （g）
已知在容积不变的密闭容器中进行该反应，每转移1mol eˉ放出132.6kJ的热量．下列说法正确的是

AB

．
A．该反应的△H=-1591.2kJ/mol
B．当焦炭质量不再改变时，该反应到达平衡
C．加入更多的SiO₂、充入N₂，平衡均不移动
D．温度控制在1300～17000℃是为了提高反应速率，有利于平衡正向移动
（4）某温度下，在2L的密闭容器中，测得该反应中N₂和CO各个时刻的物质的量如下表所示．请计算：0～20min内平均v（N₂）=

3.70×10² mol/（L?min）

；该温度下，反应的平衡常数的值K=

81.0

．

	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45
N2	8.00	7.40	7.00	6.72	6.52	6.36	6.20	6.00	6.00	6.00
CO	0.00	1.80	3.00	3.84	4.22	4.92	5.40

Answer 1

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）燃料电池中燃料在负极发生氧化反应；
①依据装置分析判断生成氢氧化亚铁的电极位置；
②电解原理的应用；
③依据电极反应 书写电池反应；
（3）依据热化学方程式反应电子转移计算反应的焓变，分析选项；
（4）依据化学反应速率概念计算，根据平衡常数列式计算．

解答：解：（1）：①2CH₄ （g）+3O₂ （g）=2CO （g）△H₁=-1214kJ/mol
②2CO （g）+O₂ （g）=2CO₂ （g）△H₂=-566kJ/mol；
依据盖斯定律①+②得到2CH₄ （g）+4O₂ （g）=2CO₂ （g）+4H₂O （l）△H=-1780kJ/mol；
即热化学方程式 为：CH₄ （g）+2O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂O （l）△H=-890kJ/mol；
故答案为：CH₄ （g）+2O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂O （l）△H=-890kJ/mol；
（2）甲烷燃料电池中，燃料在负极失电子发生氧化还原反应电极反应为：CH₄-8e-+2H₂O=CO₂+8H⁺，故答案为：CH₄-8e-+2H₂O=CO₂+8H⁺；
①b端为阳极生成亚铁离子，铁做阳极失电子生成亚铁离子，和阴极氢离子放电生成氢气，氢氧根离子增多，和亚铁离子反应生成氢氧化亚铁，故答案为：铁；
②电解质溶液需要具备阳离子放电能力小于氢离子即可，可以是氯化钠溶液，故答案为：NaCl溶液；
③阳极电极反应为Fe-2e^-=Fe²⁺，阴极电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，电池反应为：Fe+2H₂O

通电  .

Fe（OH）₂+H₂↑，故答案为：Fe+2H₂O 

通电  .

Fe（OH）₂+H₂↑；
（3）3SiO₂ （s）+6C （s）+2N₂ （g）?Si₃N₄ （s）+6CO （g），每转移1mol eˉ放出132.6kJ的热量，化学方程式中电子转移12mol，放热1591.2KJ；
A、该反应的△H=-1591.2kJ/mol，故A正确；
B、固体对平衡无影响，但当焦炭质量不再改变时，该反应到达平衡，故B正确；
C、加入更多的SiO₂平衡不动，充入N₂平衡正向进行，故C错误；
D、反应是放热反应，升温平衡逆向进行，增大反应速率，故D错误；
故选AB；
（4）在2L的密闭容器中，测得该反应中N₂和CO各个时刻的物质的量，分析数据结合反应速率概念，v（N₂）=

8mol 2L - 6.52mol 2L

20min

=0.037mol/L?min；
               3SiO₂ （s）+6C （s）+2N₂ （g）?Si₃N₄ （s）+6CO （g），
起始量（mol/L）                      4                      0
变化量（mol/L）                      1                      3
平衡量（mol/L）                      3                      3
平衡常数K=

c6(CO)

c2(N2)

=

36

32

=81.0；
故答案为：3.70×10² mol/（L?min）；81.0．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，原电池电极反应，电解池原理的分析判断，化学平衡影响因素分析判断，反应速率计算，平衡常数计算应用，题目难度较大．