Question

碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一种理想，更是一种值得期待的新的生活方式．
（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）+4H₂O（l）△H₁=-1214 kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566 kJ/mol
则表示甲烷燃烧热的热化学方程式

 

．
（2）①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

 

．
②某同学利用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．下列说法中正确的是

 

（填序号）．
A．电源中的a一定为正极，b一定为负极
B．可以用NaCl溶液作为电解液
C．A、B两端都必须用铁作电极
D．阴极发生的反应是：2H⁺+2e^-═H₂↑
（3）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入体积为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：

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

①该反应的正反应为

 

（填“吸”或“放”）热反应．
②实验1中，以v（H₂）表示的平均反应速率为

 

．
③实验2中，达到平衡时CO的转化率为

 

．
④实验3跟实验2相比，改变的条件可能是

 

（答一种情况即可）．
（4）将2.4g碳在足量氧气中燃烧，所得气体通入100mL 3.0mol/L的氢氧化钠溶液中，完全吸收后，溶液中所含溶质为：

 

．

Answer 1

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到热化学方程式，燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成温度氧化物放出的热量；
（2）①甲烷燃料电池的电解质溶液是碱溶液，原电池反应燃料在负极发生氧化反应，依据电荷守恒书写电极反应；
②A、B端析出氢气可驱赶原溶液中溶解的少量氧气；
B．阳极上铁失电子得到亚铁离子，阴极上氢离子放电，所以可以电解质溶液可以选取氯化钠溶液；
C．阳极应该用铁电极，阴极用惰性电极亦可；
D．阴极上得电子生成氢气；
（3）①第二组温度比第一组高，反应物物质的量比第一组减半，但是平衡时CO₂的物质的量比第一组的一半少，表明该反应为放热反应；
②根据方程式可知v（H₂）=v（CO₂），根据v=

△c

△t

计算；
③依据平衡时二氧化碳物质的量计算消耗的一氧化碳物质的量，结合转化率概念计算得到；
④实验3跟实验2相比，温度相同，浓度相同，但实验3达到平衡所用时间少，反应速率更大，但平衡状态一样；
（4）依据二氧化碳和氢氧化钠物质的量之比，利用极值方法计算判断生成产物．

解答：解：（1）①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）△H₁=-1214 kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566 kJ/mol；
由据盖斯定律①+②得到 2CH₄（g）+4O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1780kJ?mol^-1；
燃烧热为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890kJ?mol^-1；
故答案为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890kJ?mol^-1；
（2）①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，燃料在负极上失电子发生氧化反应，电极反应为：CH₄-8e^-+10 OH^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄-8e^-+10 OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
②A、因为生成的氢气将装置中原有氧气带出，且氢气的密度小于水，所以氢气从B端阴极析出，A电极则是铁做阳极失去电子生成亚铁离子，所以“a”为正极，“b”为负极，故A错误；
B、因为阳极是铁，活泼电极作阳极时，阳极材料铁失电子生成亚铁离子，阴极上氢离子放电，生成氢气，所以能生成氢氧化亚铁白色沉淀，则电解液选用NaCl溶液不影响实验，故B正确；
C、阳极应该用铁电极，阴极可以是铁也可以是其他惰性电极，故C错误；
D、阳极应该用铁电极，阴极可以是铁也可以是其他惰性电极，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，氢气能防止氢氧化亚铁被氧化而导致实验失败，所以电极反应式为：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，故D正确；
故选：BD；
（3）①实验1中CO的转化率为

1.6mol

4mol

×100%=40%，实验2中CO的转化率为

0.4mol

2mol

×100%=20%，则实验1的转化率大于实验2，则说明温度升高平衡向逆反应方向移动，正反应放热，
故答案为：放；
②根据方程式可知v（H₂）=v（CO₂），则v（H₂）=v（CO₂）=

1.6mol 2L

5min

=0.16mol/（L?min），
故答案为：0.16mol/（L?min）；
③实验3跟实验2相比，温度相同，浓度相同，但实验3达到平衡所用时间少，反应速率更大，但平衡状态一样，应是使用了催化剂，由于反应前后气体体积不变，则增大了压强，平衡也不移动，也可能为压强的增大，
故答案为：使用了催化剂或增大了压强；
（4）将2.4g碳物质的量=

2.4g

12g/mol

=0.2mol，在足量氧气中燃烧，所得气体通入100mL 3.0mol/L的氢氧化钠溶液中，氢氧化钠物质的量=0.1mol×3.0mol/L=0.3mol；n（CO₂）：n（NaOH）=0.2：0.3=2：3，
完全吸收后，若二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠，CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O，物质的量之比n（CO₂）：n（NaOH）=1：2，
若二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸氢钠，物质的量之比n（CO₂）：n（NaOH）=1：1，
而1：2＜2：3＜1：1，所以生成的产物为碳酸钠和碳酸氢钠，
故答案为：NaHCO₃、Na₂CO₃．

点评：本题考查化学平衡的计算，化学反应产物判断方法，题目难度中等，做题时注意把握影响平衡移动的因素以及平衡常数的有关计算，此为化学平衡常考查问题．