Question

10．
（1）CCS技術是將工業和有關能源產業中所生產的CO₂進行捕捉與封存的技術，被認為是拯救地球、應對全球氣候變化最重要的手段之一．其中一種以天燃氣為燃料的“燃燒前捕獲系統”的簡單流程圖如圖甲所示（部分條件及物質未標出）．回答下列問題：
CH₄在催化劑作用下實現第一步，也叫CH₄不完全燃燒，1gCH₄不完全燃燒反應放出2.21kJ熱量，寫出該反應的熱化學方程式2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72 kJ•mol^-1．
（2）甲醇是一種可再生能源，具有開發和應用的廣闊前景，工業上可用（1）轉化中得到的合成氣制備甲醇．反應為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）某溫度下，在容積為2L的密閉容器中進行該反應，其相關數據見如圖乙：
①根據上圖計算，從反應開始到tmin時，用H₂濃度變化表示的平均反應速率v（H₂）=$\frac{1}{5t}$mol/（L•min）
②t min至2tmin時速率變化的原因可能是反應受熱或使用了催化劑；
③3tmin時對反應體系采取了一個措施，至4tmin時CO的物質的量為0.5mol，請完成圖乙CO的曲線．
（3）某同學按圖丙所示的裝置用甲醇燃料電池（裝置Ⅰ）進行電解的相關操作，以測定銅的相對原子質量，其中c電極為銅棒，d電極為石墨，X溶液為500mL0.4mol/L硫酸銅溶液．當裝置Ⅱ中某電極上收集到標準狀況下的氣體V₁mL時，另一電極增重mg（m＜12.8）．
①裝置Ⅰ中、H⁺向a極（填“a”或“b”）移動；b電極上發生的反應為CH₃OH-6eˉ+H₂O=CO₂+6H⁺．
②銅的相對原子質量的表達式為$\frac{11200m}{{V}_{{\;}_{1}}}$（用m和V₁的代數式表示）．

Answer 1

分析 （1）根據流程圖可知甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和氫氣，依據熱化學方程式的書寫方法寫出，標注物質聚集狀態和對應焓變；
（2）①根據v=$\frac{△c}{△t}$進行計算；
②反應速率加快，而且在t的時刻，達平衡狀態進行分析求解；
③平衡正向移動，是增加CO的量導致平衡正向移動；
（3）①由裝置II中某電極上收集到標準狀況下的氣體V₁mL時，另一電極增重mg可知，d極為陽極，而c極為陰極；
②根據陽極產生氣體的體積，求出整個過程中轉移電子的物質的量，然后銅的相對原子質量．

解答 解：（1）根據流程圖可知甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和氫氣，1gCH₄燃燒生成一氧化碳和氫氣放熱2.21kJ，16g甲烷燃燒生成二氧化碳和液態水放出熱量16×2.21kJ=35.36KJ，16g甲烷為1mol，則甲烷不完全燃燒的熱化學方程式為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72 kJ•mol^-1，
故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72 kJ•mol^-1；
（2）①根據v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{2-1.6}{2}}{t}$=$\frac{1}{5t}$mol/（L•min），故答案為：$\frac{1}{5t}$mol/（L•min）；
②反應速率加快，而且在t的時刻，達平衡狀態，可能是反應受熱或使用了催化劑，故答案為：反應受熱或使用了催化劑；
③平衡正向移動，是增加CO的量導致平衡正向移動，所以圖象為：，故答案為：；

（3）①由裝置II中某電極上收集到標準狀況下的氣體V₁mL時，另一電極增重mg可知，d極為陽極，而c極為陰極，所以與d極相連的a極為正極，原電池中陽離子向正極移動，b電極為負極是燃料發生氧化反應，反應方程式為：CH₃OH-6eˉ+H₂O=CO₂+6H⁺，故答案為：a、CH₃OH-6eˉ+H₂O=CO₂+6H⁺；
②整個過程中轉移電子的物質的量為：$\frac{1{0}^{-3}×V1}{22.4}$，所以生成銅的物質的量為：$\frac{{V}_{1}}{11200}$，所以銅的相對原子質量的表達式為$\frac{11200m}{{V}_{{\;}_{1}}}$，故答案為：$\frac{11200m}{{V}_{{\;}_{1}}}$．

點評 本題考查化學反應熱、平衡的移動和電化學的相關知識，綜合性強，比較有難度．