Question

開發新能源，使用清潔燃料，可以達到提高能效、減少污染的目的．
（1）由C、H、O三種元素中的兩種和三種分別組成的燃料物質甲和乙，其分子中均有氧，且1個乙分子中含有18個電子，則甲和乙分別是    ．
乙是一種清潔燃料，工業上可用甲和氫氣反應制得．
①T₁溫度時，在體積為2L的密閉容器中充入2mol甲和6mol H₂，反應達到平衡后，測得c（甲）=0.2mol/L，則乙在平衡混合物中的物質的量分數是    ．
②升高溫度到T₂時，反應的平衡常數為1，下列措施可以提高甲的轉化率的是    （填字母）．
A．加入2mol甲     B．充入氮氣     C．分離出乙     D．升高溫度
（2）甲烷也是一種清潔燃料，但不完全燃燒時熱效率降低并會產生有毒氣體造成污染．
已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
則甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態水時的熱效率只是完全燃燒時的    倍（計算結果保留1位小數）．
（3）甲烷燃料電池可以提升能量利用率．如圖是利用甲烷燃料電池電解50mL 2mol/L的氯化銅溶液的裝置示意圖：
請回答：
①甲烷燃料電池的負極反應式是    ．
②當線路中有0.1mol電子通過時，    （填“a”或“b”）極增重    g．

Answer 1

【答案】分析：（1）由C、H、O三種元素中的兩種和三種分別組成的燃料物質甲和乙，1個乙分子中含有18個電子，則乙分子中含有1個C原子、1個O原子，則含有H原子數目為18-6-8=4，故乙為CH₃OH，分子中均有氧，故甲為CO；
①、發生反應CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），應達到平衡后，測得c（甲）=0.2mol/L，則平衡時n（甲）=2L×0.2mol/L=0.4mol，據此根據三段式計算平衡時各組分物質的量，據此解答；
②、提高甲的轉化率，應改變條件使平衡向正反應移動．計算T₁溫度時平衡常數，與T₂溫度的平衡常數相比判斷該反應的反應熱，判斷溫度對反應的影響，注意不能只增大甲的濃度；
（2）根據蓋斯定律書寫甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態水時的熱化學方程式，據此解答；
（3）①、原電池負極發生氧化反應，甲烷在負極通入，酸性條件下，發生氧化反應生成CO₂、H⁺；
②、B為電解池，銅離子發生還原反應，在陰極析出，該極連接原電池的負極，根據轉移電子計算生成Cu的物質的量，再根據m=nM計算生成Cu的質量．
解答：解：（1）由C、H、O三種元素中的兩種和三種分別組成的燃料物質甲和乙，1個乙分子中含有18個電子，則乙分子中含有1個C原子、1個O原子，則含有H原子數目為18-6-8=4，故乙為CH₃OH，分子中均有氧，故甲為CO，
故答案為：CO、CH₃OH；
①、發生反應CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），應達到平衡后，測得c（甲）=0.2mol/L，則平衡時n（甲）=2L×0.2mol/L=0.4mol，則：CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
開始（mol）：2          6        0
變化（mol）：1.6        3.2      1.6
平衡（mol）：0.4        2.8      1.6
CH₃OH在平衡混合物中的物質的量分數為==
故答案為：；
②、該反應為放熱反應，
A．加入2mol甲，平衡向正反應移動，但甲的轉化率降低，故A錯誤；
B．充入氮氣，反應混合物各組分的濃度不變，平衡不移動，甲的轉化率不變，故B錯誤；
C．分離出乙，平衡向正反應移動，甲的轉化率增大，故C正確；
D．T₁溫度時平衡常數為=＞1，故升高溫度平衡向逆反應移動，甲的轉化率降低，故D錯誤；
故答案為：C；
（2）已知：①、CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ?mol^-1；
②、2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1，
利用蓋斯定律，①×2-②可得：2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）；△H=-1214.6kJ?mol ^-1
故甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態水時的熱效率只是完全燃燒時的=0.7，
故答案為：0.7；
（3）①、原電池負極發生氧化反應，甲烷在負極通入，酸性條件下，發生氧化反應生成CO₂、H⁺，負極電極反應式為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺，
故答案為：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺；
②、B為電解池，銅離子發生還原反應，在陰極析出，該極連接原電池的負極，故在b電極析出Cu，b電極的質量增重，轉移0.1mol電子，析出銅的物質的量為=0.05mol，故析出銅的質量為0.05mol×64g/mol=0.32g，
故答案為：b；0.32．
點評：本題考查較為綜合，涉及物質推斷、化學平衡有關計算、化學平衡常數、電化學以及蓋斯定律的應用等，題目難度中等，注意體會蓋斯定律的應用，（3）中可以利用總反應式減正極反應式書寫負極反應式．