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0.1mol/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P2_____P1（填 “>”或“<”）；原因________________________________________________________________________________。

②壓強為P1時，在Y點：v(逆)_______v(正)（填“>”、“<”或“=”）。

③求X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，CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H<0，二甲醚可以作為燃料電池的原料。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0.1mol電子時，假設溶液體積不變，則所得溶液pH=______________，標況下理論上產生O2_______________L（保留小數點后兩位）。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) =-890.31kJ·mol-1>同一溫度下轉化率P1大于P2，而該反應是氣體體積增大的反應，減小壓強平衡向正反應方向移動，所以P2>P1<1.6410.56

【解析】

（1）根據蓋斯定律可得CH4的燃燒熱為：-607.31kJ/mol+（-566.0kJ/mol）÷2=-890.31kJ·mol-1，故其燃燒熱的熱化學方程式為：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) =-890.31kJ·mol-1；（2）①CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)是一個氣體分子數目增大的反應，壓強越大，CH4的轉化率越小，而在同一溫度下CH4的轉化率在P1條件下更大，故壓強P1較小，故答案為：>、同一溫度下轉化率P1大于P2，而該反應是氣體體積增大的反應，減小壓強平衡向正反應方向移動，所以P2>P1；②由圖像可知，在壓強為P1時的Y點該反應正處于向正反應方向建立平衡的過程中，故v(正) > v(逆)；③由圖像可知在x點CH4的轉化率為80%，故在平衡狀態下CO2(g)、CH4(g) 、CO(g)、H2(g)分別為0.02mol/L、0.02mol/L、0.16 mol/L、0.16 mol/L，故平衡常數K==1.64，故答案為1.64；（3）用惰性電極電解CuSO4溶液時陽極的電極反應式為：2H2O-4e-=O2↑+4H+，由方程式的計量數關系可得，則當轉移的電子為0.1mol時，產生的n（H+）=0.1mol，其濃度為0.1mol/L，pH=1，n（O2）=0.1mol÷4=0.025mol，體積為0.025mol×22.4L/mol=0.56L，故答案為：1、0.56。