Question

【題目】碳及其化合物在能源和材料方面具有廣泛的用途，回答下列問題：

（1）已知CH4(g)+ O2(g)=CO(g)+2H2O(l) =-607.31kJ/mol

2CO(g)+ O2(g)=2CO2(g) =-566.0kJ/mol

寫出表示甲烷燃燒熱的熱化學方程式____________。

（2）天然氣的一個重要用途是制取H2，其原理為：CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 。在密閉容器中通入物質的量濃度均為0.125mol/L的CH4與CO2，在一定條件下發生反應，測得CH4的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如下圖所示。則：

①壓強P1_____P2（填 “>”或“<”）；

②壓強為P2時，在Y點：v(正)_______v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。

③求Y點對應溫度下的該反應的平衡常數K=_________。（計算結果保留兩位小數）

（3）CO可以合成二甲醚，2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H<0，二甲醚可以作為燃料電池的原料。

①寫出二甲醚在KOH做電解質條件下的負極電極反應式_____________________。

②利用此燃料電池以石墨為電極電解1L，0.5mol/L的CuSO4溶液，導線通過1mol電子時，假設溶液體積不變，則所得溶液pH=_________，理論上消耗二甲醚________g（保留小數點后兩位）。

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2 O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) =-890.31kJ·mol-1 < > 2.56 CH3OCH3-12e- +16OH- =2CO32- +11H2O 0 3.83

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應用，化學平衡的圖像分析，化學平衡常數的計算，燃料電池電極反應式的書寫，電化學的計算。

（1）將反應編號：CH4(g)+ O2(g)=CO(g)+2H2O(l) ΔH=-607.31kJ/mol（①式）

2CO(g)+ O2(g)=2CO2(g) ΔH=-566.0kJ/mol（②式）

應用蓋斯定律，將①式+②式得，CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH=（-607.31kJ/mol）+（-566.0kJ/mol）=-890.31kJ/mol，甲烷燃燒熱表示的熱化學方程式為CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH=-890.31kJ/mol。

（2）①在橫坐標上取一點作橫坐標的垂直線，可見CH4的轉化率：P1條件下P2條件下；該反應的正反應為氣體分子數增加的反應，增大壓強平衡向逆反應方向移動，CH4的轉化率減小；則P1P2。

②Y點不在曲線上，Y點沒有達到平衡狀態，Y點CH4的轉化率小于該條件下的平衡值，反應正向進行，Y點：υ（正）υ（逆）。

③Y點對應溫度下達到平衡時CH4的轉化率為80%，用三段式

CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)

c（起始）（mol/L） 0.125 0.125 0 0

c（轉化）（mol/L） 0.1 0.1250.8=0.1 0.2 0.2

c（平衡）（mol/L）0.025 0.025 0.2 0.2

反應的平衡常數K==2.56。

（3）①KOH作電解質，CH3OCH3被氧化成CO32-，CH3OCH3中C元素的平均化合價為-2價，1molCH3OCH3失去12mol電子，負極電極反應式為：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。

②n（CuSO4）=0.5mol/L1L=0.5mol，導線通過1mol電子時，陰極上Cu2+恰好完全還原為Cu，陽極電極反應式為：4OH--4e-=O2↑+2H2O，消耗水電離的OH-物質的量為1mol，則電解后溶液中由水電離產生的H+物質的量為1mol，c（H+）=1mol1L=1mol/L，所得溶液的pH=0。1molCH3OCH3失去12mol電子，導線通過1mol電子時消耗CH3OCH3物質的量為mol，消耗二甲醚的質量為mol46g/mol=3.83g。