Question

【题目】碳和碳的化合物在人类生产、生活中的应用非常广泛。“低碳生活”不再只是一种理想，更是一种值得期待的生活方式。

(1)甲烷燃烧时放出大量的热，可作为能源应用于人类的生产和生活。

已知：①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(1) △H1=-1214.6kJ/mol；

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=-566kJ/mol；

则反应CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(1)的△H=___。

(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)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为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：

		起始量/mol		平衡量/mol
实验组	温度/℃	H2O	CO	CO2	CO	达到平衡所需时间/min
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①实验1中，以v(H2)表示的平均反应速率为___；

②该反应的正反应为___ (填“吸”或“放”)热反应；

③若要实验3达到与实验2相同的平衡状态(即各物质的体积分数分别相等)，则a、b应满足的关系是___（用含a、b的数学式表示)。

Answer 1

【答案】-890.3kJ/mol CH4-8e- +l0OH- =CO32- +7H2O 0.16mol·L-1·min-1 放 a∶b=1∶2(或b=2a)

【解析】

(1)利用盖斯定律，将(①+②)×，即得反应CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(1)的△H。

(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。其负极为CH4失电子的产物与OH-反应最终生成CO32-和水。

(3)①由反应式可以看出，生成H2的物质的量与CO2相同，根据速率计算公式可以计算出v(H2)；

②通过表中两组数据求出不同温度下转化率，比较改变温度时转化率的变化判断化学平衡移动的方向，判断反应的热效应；

③根据等效平衡原理解答。

(1)①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(1) △H1=-1214.6kJ/mol；

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=-566kJ/mol；

利用盖斯定律，将(①+②)×，即得反应CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(1)的△H=-890.3kJ/mol；

故答案为：-890.3kJ/mol；

(2)负极为CH4失电子的产物与OH-反应最终生成CO32-和水，电极反应式为CH4-8e- +l0OH-=CO32-+7H2O；

故答案为：CH4-8e- +l0OH- =CO32-+7H2O；

(3)①由反应式可以看出，生成H2的物质的量与CO2相同，即为1.6mol，则实验1中，v(H2)== 0.16mol·L-1·min-1；

故答案为：0.16mol·L-1·min-1；

②实验1中CO的转化率为：×100%=40%，实验2中CO的转化率为：×100%=20%，温度升高，反应物转化率降低，平衡向逆向移动，逆向为吸热反应，所以正向为放热反应；

故答案为：放；

③若要实验3达到与实验2相同的平衡状态(即各物质的体积分数分别相等)，因为反应3达平衡的时间短，反应速率快，反应3相当于反应2加压，但平衡不移动，所以a、b的比值不变，即a、b应满足的关系为a∶b=1∶2(或b=2a)；

故答案为：a∶b=1∶2(或b=2a)。