Question

能源问题一直是制约经济发展的重要因素，我国目前使用的能源主要是传统的三大化石燃料．
（1）在25℃、101kPa时，8g CH₄完全燃烧生成液态水时放出的热量是445.15kJ，则CH₄燃烧热的热化学方程式是

 

．
（2）将煤转化为清洁气体燃料：已知：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol，C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ/mol，写出焦炭与水蒸气反应制H₂和CO的热化学方程式

 

．
（3）请写出CH₄燃料电池以KOH溶液为电解液的负极电极反应式

 

．
（4）汽车尾气的主要成分为氮的氧化物．已知气缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0
在一定温度下的定容密闭容器中，能说明此反应已达平衡的是

 

A．压强不变                B．混合气体平均相对分子质量不变    C.2v_正（N₂）=v_逆（NO）
D．N₂的体积分数不再改变     E．混合气体的密度不再改变
（5）燃料CO、H₂在一定条件下可以相互转化：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）．在420℃时，平衡常数K=9．若反应开始时，CO、H₂O的浓度均为0.1mol/L，则CO在此反应条件下的转化率为

 

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Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据8g CH₄完全燃烧生成液态水时放出的热量是445.15kJ，结合燃烧热的定义计算求出1molCH₄完全燃烧放出的热量，然后写出热化学方程式；
（2）利用盖斯定律，通过已知热化学方程式运算得目标热化学方程式；
（3）甲烷燃料电池中，负极上是甲烷发生失电子的氧化反应，正极上是氧气发生得电子的还原反应，又因为电解质是KOH溶液，不会在电极上放出二氧化碳；
（4）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，由此衍生的一些物理量不变，以此分析．
（4）依据化学平衡的三段式列式计算，平衡状态下的物质转化率=

消耗量

起始量

×100%，运用平衡常数的概念列式得到．

解答： 解：（1）8gCH₄完全燃烧生成液态水时放出的热量是445.15kJ，则16g即1molCH₄完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.3kJ的热量，热化学方程式为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3 kJ?mol；
故答案为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3 kJ?mol；
（2）H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂0 （g）△H=-241.8kJ?mol^-1 ①
C（s）+

1

2

O₂（g）=CO （g）△H=-110.5kJ?mol^-1②
利用盖斯定律将方程式变形：②-①得 C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ/mol，
故答案为：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ/mol；
（3）甲烷燃料电池以KOH溶液为电解质溶液时，负极上是甲烷发生失电子的氧化反应，又因为电解质是KOH溶液，二氧化碳和氢氧化钾反应得到的是碳酸钾，即CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
故答案为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（4）A、该反应是反应气体体积不变的反应，所以无论反应是否达到平衡状态，体系的压强始终不变，故A错误；
B、混合气体的平均相对分子质量不再改变，说明总物质的量不变，正逆反应速率相等，故B正确；
C、2v_正（N₂）=v_逆（NO）即正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），反应到达平衡，故C正确；
D．N₂的体积分数不再改变，说明反应到达平衡，故D正确；
E．混合气体的质量不变，容器的体积不变，所以无论反应是否达到平衡状态，混合气体的密度都不再改变，故E错误；
故选BCD．
（5）设一氧化碳的消耗浓度为X，分析三段式列式计算：
              CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol/L） 0.1    0.1      0      0
变化量（mol/L） X       X       X      X
平衡量（mol/L）0.1-X   0.1-X   X      X
平衡常数K=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

=

X2

(0.1-X)2

=9
解得：X=0.075mol/L，则一氧化碳转化率=

0.075

0.1

×100%=75%；
故答案为：75%．

点评：本题考查了热化学方程式的书写、电极反应的书写、盖斯定律的应用、化学平衡的三段式计算，平衡常数、转化率的概念计算应用，注意平衡状态的判断是关键，难度中等．