Question

能源問題一直是制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，我國目前使用的能源主要是傳統(tǒng)的三大化石燃料．
（1）在25℃、101kPa時(shí)，8g CH₄完全燃燒生成液態(tài)水時(shí)放出的熱量是445.15kJ，則CH₄燃燒熱的熱化學(xué)方程式是

 

．
（2）將煤轉(zhuǎn)化為清潔氣體燃料：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，寫出焦炭與水蒸氣反應(yīng)制H₂和CO的熱化學(xué)方程式

 

．
（3）請寫出CH₄燃料電池以KOH溶液為電解液的負(fù)極電極反應(yīng)式

 

．
（4）汽車尾氣的主要成分為氮的氧化物．已知?dú)飧字猩�成NO的反應(yīng)為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0
在一定溫度下的定容密閉容器中，能說明此反應(yīng)已達(dá)平衡的是

 

A．壓強(qiáng)不變                B．混合氣體平均相對分子質(zhì)量不變    C.2v_正（N₂）=v_逆（NO）
D．N₂的體積分?jǐn)?shù)不再改變     E．混合氣體的密度不再改變
（5）燃料CO、H₂在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）．在420℃時(shí)，平衡常數(shù)K=9．若反應(yīng)開始時(shí)，CO、H₂O的濃度均為0.1mol/L，則CO在此反應(yīng)條件下的轉(zhuǎn)化率為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)8g CH₄完全燃燒生成液態(tài)水時(shí)放出的熱量是445.15kJ，結(jié)合燃燒熱的定義計(jì)算求出1molCH₄完全燃燒放出的熱量，然后寫出熱化學(xué)方程式；
（2）利用蓋斯定律，通過已知熱化學(xué)方程式運(yùn)算得目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（3）甲烷燃料電池中，負(fù)極上是甲烷發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，又因?yàn)殡娊赓|(zhì)是KOH溶液，不會(huì)在電極上放出二氧化碳；
（4）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析．
（4）依據(jù)化學(xué)平衡的三段式列式計(jì)算，平衡狀態(tài)下的物質(zhì)轉(zhuǎn)化率=

消耗量

起始量

×100%，運(yùn)用平衡常數(shù)的概念列式得到．

解答： 解：（1）8gCH₄完全燃燒生成液態(tài)水時(shí)放出的熱量是445.15kJ，則16g即1molCH₄完全燃燒生成液態(tài)水時(shí)放出的熱量是890.3kJ的熱量，熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3 kJ?mol；
故答案為：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
利用蓋斯定律將方程式變形：②-①得 C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ/mol，
故答案為：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ/mol；
（3）甲烷燃料電池以KOH溶液為電解質(zhì)溶液時(shí)，負(fù)極上是甲烷發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，又因?yàn)殡娊赓|(zhì)是KOH溶液，二氧化碳和氫氧化鉀反應(yīng)得到的是碳酸鉀，即CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（4）A、該反應(yīng)是反應(yīng)氣體體積不變的反應(yīng)，所以無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，體系的壓強(qiáng)始終不變，故A錯(cuò)誤；
B、混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，說明總物質(zhì)的量不變，正逆反應(yīng)速率相等，故B正確；
C、2v_正（N₂）=v_逆（NO）即正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），反應(yīng)到達(dá)平衡，故C正確；
D．N₂的體積分?jǐn)?shù)不再改變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故D正確；
E．混合氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，所以無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，混合氣體的密度都不再改變，故E錯(cuò)誤；
故選BCD．
（5）設(shè)一氧化碳的消耗濃度為X，分析三段式列式計(jì)算：
              CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol/L） 0.1    0.1      0      0
變化量（mol/L） X       X       X      X
平衡量（mol/L）0.1-X   0.1-X   X      X
平衡常數(shù)K=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

=

X2

(0.1-X)2

=9
解得：X=0.075mol/L，則一氧化碳轉(zhuǎn)化率=

0.075

0.1

×100%=75%；
故答案為：75%．

點(diǎn)評：本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫、電極反應(yīng)的書寫、蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的三段式計(jì)算，平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率的概念計(jì)算應(yīng)用，注意平衡狀態(tài)的判斷是關(guān)鍵，難度中等．