Question

5．丙烷在燃燒時能放出大量的熱，它也是液化石油氣的主要成分，作為能源應用于人們的日常生產和生活．
已知：
①2C₃H₈（g）+7O₂（g）=6CO（g）+8H₂O（l）；△H=-2741.8kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol
（1）反應C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）的△H=-2219.9kJ/mol．
（2）依據（1）中的反應可以設計一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丙烷氣體；燃料電池內部是熔融的摻雜著氧化釔（Y₂O₃）的氧化鋯（ZrO₂）晶體，在其內部可以傳導O^2-．在電池內部O^2-移動方向和在電池負極反應的物質分別是B
A．正極；O₂     B．負極；C₃H₈C．正極；C₃H₈    D．負極；O₂
（3）C₃H₈在不足量的氧氣里燃燒，生成CO和CO₂以及氣態水，將所有的產物通入一個固定體積的密閉容器中，在一定條件下發生如下可逆反應：CO （g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂ （g）
①下列事實能說明該反應達到平衡的是bd．
a．體系中的壓強不發生變化            b．υ_正（H₂）=υ_逆（CO）
c．混合氣體的平均相對分子質量不發生變化    d．CO₂的濃度不再發生變化
②T℃時，在1L的容器中，通入一定量的CO（g）和H₂O（g），發生反應并保持溫度不變，各物質濃度隨時間變化如表：

時間/min	c（CO）	c（H2O）（g）	c（CO2）	c（H2）
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	0.100	0.200	0.100	0.100
4	0.100	0.200	0.100	0.100

計算2min內用CO表示的該反應速率v=0.031mol/（L•min）；4min時保持其它條件不變，向上述平衡體系中加入0.1molCO、0.1molCO₂、0.1molH₂，此時反應將向逆向進行（填“正”或“逆”）．
③已知420℃時，該化學反應的平衡常數為9．如果反應開始時CO和H₂O（g）的濃度都是0.01mol/L，則CO在此條件下的轉化率為75%．又知397℃時該反應的平衡常數為12，請判斷該反應的△H＜0 （填“＞”、“=”、“＜”）．

Answer 1

分析 （1）①2C₃H₈（g）+7O₂（g）=6CO（g）+8H₂O （l）△H₁=-2741.8kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566kJ/mol
根據蓋斯定律書將方程式$\frac{①+3×②}{2}$計算得到其熱化學反應方程式；
（2）燃料電池中，負極上燃料失電子發生氧化反應，電解質內部陽離子向正極移動、陰離子向負極移動；
（3）①可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質濃度、百分含量等都不變；
②2min內用CO表示的該反應速率v=，$\frac{0.20mol/L-0.138mol/L}{2min}$=0.031 mol/（L•min），溫度和體積不變時，第4～5min之間，平衡向逆反應方向移動，改變的條件為增加H₂濃度是；由表可知第5～6min之間，增加H₂O（g）濃度；第3min時達到平衡，T℃時該化學反應的平衡常數K=$\frac{c（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.100×0.100}{0.100×0.200}$=0.5，
                         CO （g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂ （g）
起始量（mol/L） 0.2             0.3             0               0
變化量（mol/L） 0.1            0.1             0.1              0.1
平衡量（mol/L） 0.1            0.2             0.1               0.1
4min時保持其它條件不變，向上述平衡體系中加入0.1molCO、0.1molCO₂、0.1molH₂，計算濃度商Qc和平衡常數比較判斷反應進行的方向；
③420℃時，設參加反應的CO的濃度為x，則K=$\frac{c（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$=$\frac{x×x}{（0.01-x）（0.01-x）}$=9，解之得x=0.0075mol/L，則在此條件下的轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；397℃時該反應的平衡常數為12，降低溫度平衡向正反應方向移動；

解答 解：（1）①2C₃H₈（g）+7O₂（g）=6CO（g）+8H₂O （l）△H₁=-2741.8kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566kJ/mol
將方程式$\frac{①+3×②}{2}$得C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O （l）△H=$\frac{-2741.8+3×（-566）}{2}$kJ/mol=-2219.9kJ/mol，
故答案為：-2219.9kJ/mol； 
（2）該燃料電池中，負極上燃料失電子發生氧化反應，所以負極上通入的氣體是丙烷，電解質內部陽離子向正極移動、陰離子向負極移動，則氧離子向負極移動，
負極反應式為C₃H₈+10O^2--20e-=3CO₂+4H₂O，
故答案為：B；
（3）①a．該反應前后氣體計量數之和不變，所以壓強始終不變，不能根據壓強確定反應是否達到平衡狀態，故a錯誤；
b．反應速率之比等于化學方程式計量數之比，始終存在v 正（H₂）=v 正（CO），υ_正（H₂）=υ_逆（CO）說明一氧化碳正逆反應速率相同，能據此判斷平衡狀態，故b正確；
c．該反應中氣體總質量不變、氣體物質的量不變，所以相對分子質量始終不變，所以不能據此判斷平衡狀態，故c錯誤；
d．CO₂的濃度不再發生變化時，該反應達到平衡狀態，故d正確；
故選b d，
故答案為：bd；  
 ②2min內用CO表示的該反應速率v=，$\frac{0.20mol/L-0.138mol/L}{2min}$=0.031 mol/（L•min），溫度和體積不變時，第4～5min之間，平衡向逆反應方向移動，改變的條件為增加H₂濃度是；由表可知第5～6min之間，增加H₂O（g）濃度；第3min時達到平衡，T℃時該化學反應的平衡常數K=$\frac{c（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.100×0.100}{0.100×0.200}$=0.5，
                         CO （g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂ （g）
起始量（mol/L） 0.2             0.3             0               0
變化量（mol/L） 0.1            0.1             0.1              0.1
平衡量（mol/L） 0.1            0.2             0.1               0.1
4min時保持其它條件不變，向上述平衡體系中加入0.1molCO、0.1molCO₂、0.1molH₂，計算濃度商Qc=$\frac{（0.1+0.1）×（0.1+0.1）}{（0.1+0.1）×0.2}$=1＞k=0.5，反應逆向進行，
故答案為：0.031 mol/（L•min）；逆；
 ③420℃時，設參加反應的CO的濃度為x，則K=$\frac{c（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$=$\frac{x×x}{（0.01-x）（0.01-x）}$=9，解之得x=0.0075mol/L，則在此條件下的轉化率為$\frac{0.0075mol/L}{0.01mol/L}$×100%=75%，397℃時該反應的平衡常數為12，降低溫度平衡向正反應方向移動，則正反應為放熱反應＜0，
故答案為：75%；＜．

點評 本題考查較綜合，涉及原電池原理、化學平衡狀態的判斷、蓋斯定律等知識點，難點是平衡狀態的判斷、電極反應式書寫，注意“只有反應前后改變的物理量”才能作為平衡狀態的判斷依據，題目難度中等．