Question

20．CO、CH₄均为常见的可燃性气体，常用作燃料、设计成燃料电池或制取合成气．
（1）关于CO和CH₄两种气体，下列说法正确的是BCD；
A．CO和CH₄均为一次能源               B．CO和CH₄含有的化学键类型相同
C．CO和CH₄在燃料电池中均作负极        D．CH₄不完全燃烧时，热能利用率低
E．相同状况下，等体积的两气体完全燃烧，转移的电子数相同
（2）已知，1molCO完全燃烧放出热能283kJ，1molCH₄完全燃烧放出热能890kJ，则在相同条件下，等体积的CH₄和CO完全燃烧，前者放出的热能是后者的3.14 倍；
（3）有人设计了一种CH₄燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入CH₄，电池的电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2-离子．电池的正极发生的反应是O₂+4e^-═2O^2-．负极发生的反应是CH₄-8e^-+4O^2-═CO₂+2H₂O．固体电解质里的O^2-的移动方向是正极流向负极；
（4）CH₄部分氧化可制合成气（CO、H₂），反应式为2CH₄+O₂?2CO+4H₂一定温度下，在2L的密闭容器中加入2mol CH₄和1molO₂，5分钟后反应达平衡，测得此时容器内气体的压强为起始时的1.9倍，则用H₂表示的平均反应速率为0.36mol/（L．min），CH₄的转化率为90%．

Answer 1

分析 （1）A．CH₄均为一次能源，CO为二次能源；
B．CO和CH₄都是共价化合物；
C．CO和CH₄在燃料电池中都失电子发生氧化反应；
D．CH₄不完全燃烧时，放出的热量较少；
E．相同状况下，等体积的两气体完全燃烧都生成二氧化碳，所以CO转移4-2=2mol电子，而甲烷转移的电子数为4-（-4）=8mol；
（2）根据1molCO完全燃烧放出热能283kJ，1molCH₄完全燃烧放出热能890kJ，所以等体积的CH₄和CO完全燃烧，前者放出的热能是后者的$\frac{890}{283}$倍；
（3）该燃料电池中，正极上氧气得电子生成氧离子；负极上甲烷失电子和氧离子反应生成二氧化碳和水；原电池放电时，电解质中阴离子向负极移动，失电子的极是负极，据此回答判断；
（4）依据化学平衡三段式列式计算得到，依据H₂表示的平均反应速率=$\frac{△c}{△t}$，CH₄的转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$进行计算．

解答 解：（1）A．CH₄均为一次能源，CO为二次能源，故错误；
B．CO和CH₄都是共价化合物，所以都含共价键，故正确；
C．CO和CH₄在燃料电池中都失电子发生氧化反应，均作负极，故正确；
D．CH₄不完全燃烧时，放出的热量较少，所以热能利用率低，故正确；
E．相同状况下，等体积的两气体完全燃烧都生成二氧化碳，所以CO转移4-2=2mol电子，而甲烷转移的电子数为4-（-4）=8mol，则转移的电子数不同，故错误；
故选：BCD；
（2）根据1molCO完全燃烧放出热能283kJ，1molCH₄完全燃烧放出热能890kJ，所以等体积的CH₄和CO完全燃烧，前者放出的热能是后者的$\frac{890}{283}$=3.14倍，故答案为；3.14；
（3）该燃料电池中，正极上氧气得电子生成氧离子，电极反应式为O₂+4e^-=2O^2-，负极上甲烷失电子和氧离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CH₄-8e^-+4O^2-═CO₂+2H₂O，放电时，电解质中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动，所以氧离子向负极移动，故答案为；O₂+4e^-═2O^2-，CH₄-8e^-+4O^2-═CO₂+2H₂O，正极流向负极；
（4）在一定温度下，在2L的密闭容器中加入2mol CH₄和1molO₂，5分钟后反应达平衡，设反应转换了氧气物质的量为xmol，依据平衡三段式得到：
            2CH₄+O₂?2CO+4H₂
起始量（mol） 2    1   0   0
变化量（mol） 2x   x   2x  4x
平衡量（mol） 2-2x 1-x  2x  4x
测得此时容器内气体的压强为起始时的1.9倍，所以有$\frac{2-2x+1-x+2x+4x}{2+1}$=1.9，解得x=0.9mol，
则H₂表示的平均反应速率=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{4×0.9}{2}}{5}$=0.36mol/（L．min），
CH₄的转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$=$\frac{2×0.9}{2}$×100%=90%；
故答案为：0.36mol/（L．min）；90%．

点评 本题考查燃料的应用以及化学平衡三段式计算应用，注意燃料电池的原理以及转化率的概念理解，掌握基础是解题关键，题目难度不大．