Question

（14分）目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请回答 下列问题

I．甲烷自热重整是一种先进的制氢方法其反应方程式为：CH₄(g) + H₂O(g) =CO(g) + 3H₂(g) 

（1）阅读下图计算该反应的反应热ΔH = __________kJ/mol。

II．用CH₄或其他有机物、O₂为原料可设计成燃料电池。

（2）以C_nH_2nO_n、O₂为原料，H₂SO₄溶液为电解质设计成燃料电池则负极的电极反应式为___________。

（3）以CH₄、O₂为原料，100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液为电解质设计成燃料电池，若放电时参与反应的氧气体积为448 mL（标准状况），产生的气体全部被溶液吸收，则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为_____，各离子浓度由大到小的顺序为_______________。

III．利用I₂O₅消除CO污染的反应为：5CO(g) + I₂O₅(s) =5CO₂(g) + I₂(s)，不同温度下，向装有足量I₂O₅固体的2L恒容密闭容器中通入4 mol CO，测得CO₂的体积分数随时间t变化曲线如图。

请回答：

（4）T₂时，0 ~ 0.5 min内的反应速率v(CO) = ____________________。

（5）T₁时化学平衡常数K = ____________________。

（6）下列说法不正确的是____________________填字母序号）。

A．容器内气体密度不变表明反应达到平衡状态

B．两种温度下，c点时体系中混合气体的压强相等

C．d点时，增大体系压强，CO的转化率不变

D．b点和d点时化学平衡常数的大小关系：K_b < K_d

Answer

（1）+161.1（2分）；

（2）CnH2nOn-4ne-+nH2O=nCO2+4nH+（2分）；

（3）n(Na2CO3):n(NaHCO3)=1:1（2分）；c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)（2分）；

（4）1.6mol/(L·min)（2分）；

（5）1024（2分）；

（6）BD（2分）。

【解析】

试题分析：（1）根据图一可知：①CH4(g) +2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-846.3KJ/mol； 根据图二可得：②CO2(g)=CO(g)+1/2O2(g) ΔH2=+282KJ/mol；③H2O(g) =1/2O2(g) + H2(g) ΔH3=+241.8KJ/mol；①+②+③×3,整理可得：CH4(g) + H2O(g) =CO(g) + 3H2(g) ΔH =+161.1KJ/mol；

（2）以CnH2nOn、O2为原料，H2SO4溶液为电解质设计成燃料电池，通入燃料CnH2nOn的电极为负极，则负极的电极反应式为CnH2nOn-4ne-+nH2O=nCO2+4nH+；

（3）n(O2)=0.448L÷22.4L/mol=0.02mol，n(NaOH)=0.1L×0.15 mol/L=0.015 mol。则根据电子守恒，n(e-)=0.02mol×4=0.08mol，由于每1mol的CH4发生反应失去电子的物质的量是8mol，所以反应的CH4的物质的量是0.01mol， 则反应产生CO2的物质的量是0.01mol。假设反应产生Na2CO3的物质的量为x；NaHCO3的物质的量是y。则x+y=0.01；2x+y=0.15 mol 。解得x=y=0.005 mol。即n(Na2CO3)=n(NaHCO3)= 0.005 mol。CO32-、HCO3-都会发生水解反应，但是水解程度：CO32->HCO3-，水解消耗水电离产生的H+，使溶液显碱性，因此溶液中各离子浓度由大到小的顺序为：c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)；

（4）该反应是等体积的反应，所以在0.5min时，由于CO2的含量是0.4，所以CO的含量是0.6，所以T2时，0 ~ 0.5 min内的反应速率v(CO) =(4mol/L×0.4)÷÷2L÷0. 5 min=1.6mol/(L·min)；

（5）根据图像可知，在平衡时，CO2的含量是0.8，CO的含量是0.2，在开始时，c(CO)=2mol/L，则平衡时，c(CO)=2mol/L ×0.2=0.4mol/L；c(CO2)=2mol/L ×0.8=1.6mol/L，则 T1时化学平衡常数K =，

（6）A．由于反应前后气体的气体的质量会发生变化，所以容器内气体密度不变能表明反应达到平衡状态，正确；B．两种温度下，气体的含量相同，但是由于反应温度不同，所以c点时体系中混合气体的压强不相等，错误；C．由于该反应是反应前后气体体积不变的反应，所以d点时，增大体系压强，CO的转化率不变 ，正确；D．根据图像可知，T2>T1，升高温度，CO2含量降低，说明升高温度，平衡向吸热的逆反应方向移动，所以该反应的正反应是放热反应。b点和d点时化学平衡常数的大小关系：Kb > Kd，错误；故选项是BD。

考点：考查热化学方程式的书写、燃料电池电极反应式的书写及化学反应速率、化学平衡的移动的知识。