Question

18．已知：①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ/mol
②CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=-247.4kJ/mol
（1）CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO₂（g）和H₂（g）的熱化學方程式為CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+659.8 kJ/mol
（2）科學家制造出一種使用固體電解質的燃料電池，其效率更高，可用于航空航天．如圖所示裝置中，以稀土金屬材料為惰性電極，在兩極上分別通入甲烷和空氣，其中固體電解質是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂固體，它在高溫下能傳導O^2-．請回答下列問題：
①d電極上的反應式為CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂+2H₂O
②圖乙是電解100mL 0.5mol/L的NaC1溶液，若a電極上產生112mL（標準狀況）氣體，則所得溶液的pH=13（不考慮溶液體積的變化）．
（3）將一定量純凈的氨基甲酸銨置于真空密閉容器中（假設容器體積不變，固態試樣體積忽略不計），在恒定的溫度下使其分解達到平衡：
H₂NCOONH₄（s）═2NH₃（g）+CO₂（g）．實驗測得不同溫度下的數據如表：

溫度（℃）	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡氣體總濃度（×10-3mol/L）	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

①氨基甲酸銨分解反應的焓變△H＞0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②可以判斷該分解反應已經達到化學平衡的是BC（填序號）．
A．2υ（NH₃）=υ（CO₂）                B．密閉容器中氣體總壓強不變
C．密閉容器中混合氣體的密度不變   D．密閉容器中氨氣的體積分數不變
③根據表中數據，計算25℃時氨基甲酸銨的分解平衡常數為1.64×10^-8（mol/L）³（保留兩位小數）．
（4）25℃時，NH₃•H₂O電離常數K=1.8×10^-5，Mg（OH）₂的溶度積常數K_sp=1.8×10^-11，在某MgC1₂溶液中加入一定量的某濃度的氨水后，測得混合液pH=11，計算此溫度下殘留在溶液中的c（Mg²⁺）=1.8×10^-5mol/L．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ/mol
②CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=-247.4kJ/mol
根據蓋斯定律，①×2-②可得：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）；
（2）①由電離方向，可知c為正極、d為負極，負極上是甲烷失去電子，與Y₂O₃的ZrO₂固體傳導的O^2-結合為二氧化碳與水；
②乙為電解池，總反應式為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，a電極為陰極，生成氣體為氫氣，計算氫氣物質的量，根據方程式計算NaOH物質的量，再計算NaOH濃度，根據Kw計算氫離子濃度，根據pH=-lgc（H⁺）計算溶液pH；
（3）①由表中數據可知，隨溫度升高，平衡氣體總濃度增大，說明升高溫度平衡正向移動，正反應為吸熱反應；
②可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
③混合氣體中NH₃（g）、CO₂（g）物質的量中為2：1，計算各自濃度，代入K=c²（NH₃）×c（CO₂）計算；
（4）根據Ksp[Mg（OH）₂]=c²（OH^-）×c（Mg²⁺）=1.8×10^-11計算．

解答 解：（1）已知：①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ/mol
②CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=-247.4kJ/mol
根據蓋斯定律，①×2-②可得：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+659.8 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+659.8 kJ/mol；
（2）①由電離方向，可知c為正極、d為負極，負極上是甲烷失去電子，與Y₂O₃的ZrO₂固體傳導的O^2-結合為二氧化碳與水，電極反應式為：CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂+2H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+4O^2-=CO₂+2H₂O；
②乙為電解池，總反應式為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，a電極為陰極，生成氣體為氫氣，其物質的量為$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，則得到NaOH為0.005mol×2=0.01mol，故NaOH濃度為$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，溶液中氫離子濃度為$\frac{1{0}^{-14}}{0.1}$mol/L=10^-13mol/L，溶液pH=-lgc（H⁺）=-lg10^-13=13，
故答案為：13；
（3）①由表中數據可知，隨溫度升高，平衡氣體總濃度增大，說明升高溫度平衡正向移動，正反應為吸熱反應，則△H＞0，故答案為：＞；
②A．未指明正逆反應速率，不能說明到達，故A錯誤；
B．密閉容器中氣體總壓強不變，說明混合氣體總物質的量不變，反應到達平衡，故B正確；
C．密閉容器中混合氣體的密度不變，說明混合氣體總質量不變，反應到達平衡，故C正確；
D．密閉容器中氨氣的體積分數不變始終不變，為定值，不能說明到達平衡，故D錯誤，
故選：BC；
③混合氣體中NH₃（g）、CO₂（g）物質的量中為2：1，則25℃時，c（NH₃）=$\frac{2}{3}$×4.8×10^-3mol/L=3.2×10^-3mol/L，c（CO₂）=1.6×10^-3mol/L，故該溫度下K=c²（NH₃）×c（CO₂）=（3.2×10^-3mol/L）²×1.6×10^-3mol/L≈1.64×10^-8（mol/L）³，故答案為：1.64×10^-8（mol/L）³；
（4）混合液pH=11，則c（OH^-）=10^-3mol/L，根據Ksp[Mg（OH）₂]=c²（OH^-）×c（Mg²⁺）=1.8×10^-11，可知c（Mg²⁺）=1.8×10^-5mol/L，故答案為：1.8×10^-5mol/L．

點評 本題考查熱化學方程式書寫、原電池與電解原理、化學平衡影響因素、平衡狀態判斷、平衡常數計算、溶度積有關計算，題目比較綜合，是對學生綜合能力的考查，難度中等．