Question

(20分)能源是国民经济发展的重要基础，我国目前使用的能源主要是化石燃料。(1) 在25℃、101 kPa时，16 g CH₄完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31 kJ，则CH₄燃烧的热化学方程式为__________________________________________。
(2) 已知：C(s)＋O₂(g)===CO₂(g)；ΔH＝－437.3 kJ·mol^－1
H₂(g)＋O₂(g)===H₂O(g)；ΔH＝－285.8 kJ·mol^－1
CO(g)＋O₂(g)===CO₂(g)；ΔH＝－283.0 kJ·mol^－1
则煤气化反应C(s)＋H₂O(g)===CO(g)＋H₂(g) 的焓变ΔH＝_____________。
(3) 高炉炼铁是CO气体的重要用途之一，其基本反应为：
FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO₂(g)  ΔH>0，已知在1100℃时，该反应的化学平衡常数K=0.263。
① 温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，此时平衡常数K值__________（填“增大”、“减小”或“不变”）；
② 1100℃时测得高炉中，c(CO₂)=0.025mol·L^-1，c(CO)="0.1" mol·L^-1，则在这种情况下，该反应是否处于化学平衡状态____________（填“是”或“否”），其判断依据是______
____________________________________________________________。
(4) 如下图所示组成闭合回路，其中，甲装置中CH₄为负极，O₂和CO₂的混合气体为正极，稀土金属材料为电极，以熔融碳酸盐为电解质；乙装置中a、b为石墨，b极上有红色物质析出，CuSO₄溶液的体积为200 mL。

① 甲装置中气体A为        （填“CH₄”或“O₂和CO₂”），d极上的电极反应式为
_____________________________________。
② 乙装置中a极上的电极反应式为__________________________________。
若在a极产生112mL(标准状况)气体，则甲装置中消耗CH₄________ mL (标准状况)，乙装置中所得溶液的pH=__________。（忽略电解前后溶液体积变化）
③ 如果乙中电极不变，将溶液换成饱和Na₂SO₄溶液，当阴极上有a mol气体生成时，同时有w g Na₂SO₄·10H₂O晶体析出，若温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数应为__________________________(用含w、a的表达式表示，不必化简)。

Answer 1

(1) CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)  △H= －890.31kJ·mol^-1  (2分)
(2) +131.5 kJ·mol^－1   (2分)
(3)  ① 增大  (1分)
② 否 (1分)   因为Q_c=c(CO₂)/c(CO)=0.25<K=0.263   (2分)
(4)  ① CO₂ (2分)   O₂+4e^－+2CO₂=2CO₃^2－ (2分)
② 4OH^－－4e^－ = O₂↑+2H₂O (2分)    56  (2分)        1  (2分)
③ (w×142/322)/( w+18a)×100%     (2分)

本题为化学反应与能量综合考查题。（1）为热化学方程式的书写，需要注意问题有反应与计量系数的对应关系，物质状态，吸热与放热等，可以写出CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l) △H= －890.31kJ·mol^-1  ；（2）考查盖斯定律的应用。三个方程式依次编号为①②③，目标方程式等于①-②-③，故ΔH=-437.3-(-285.8)-(-283.0)=+131.5KJ/mol；（3）平衡常数只与温度有关，温度升高，平衡正向移动，故K增大，Q==0.25<K，故平衡平衡正向移动；（4）甲为燃料电池，乙为电解池，b有红色物质析出，发生Cu²⁺+2e^-=Cu，为阴极，故A为负极，通入CH₄，d为正极电解质为熔融的碳酸盐，故有  O₂+4e^－+2CO₂= CO；将CuSO₄换成Na₂SO₄；阳极产生O₂，阴极产生H₂，amol，故电解水为amol，18ag，原来为饱和溶液，电解后还是饱和溶液。将wgNa₂SO₄·10H₂O溶解在18ag水中同样为饱和溶液，故溶质的质量分数为×100%。