Question

(20分)能源是國民經濟發展的重要基礎，我國目前使用的能源主要是化石燃料。(1) 在25℃、101 kPa時，16 g CH₄完全燃燒生成液態水時放出的熱量是890.31 kJ，則CH₄燃燒的熱化學方程式為__________________________________________。
(2) 已知：C(s)＋O₂(g)===CO₂(g)；ΔH＝－437.3 kJ·mol^－1
H₂(g)＋O₂(g)===H₂O(g)；ΔH＝－285.8 kJ·mol^－1
CO(g)＋O₂(g)===CO₂(g)；ΔH＝－283.0 kJ·mol^－1
則煤氣化反應C(s)＋H₂O(g)===CO(g)＋H₂(g) 的焓變ΔH＝_____________。
(3) 高爐煉鐵是CO氣體的重要用途之一，其基本反應為：
FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO₂(g)  ΔH>0，已知在1100℃時，該反應的化學平衡常數K=0.263。
① 溫度升高，化學平衡移動后達到新的平衡，此時平衡常數K值__________（填“增大”、“減小”或“不變”）；
② 1100℃時測得高爐中，c(CO₂)=0.025mol·L^-1，c(CO)="0.1" mol·L^-1，則在這種情況下，該反應是否處于化學平衡狀態____________（填“是”或“否”），其判斷依據是______
____________________________________________________________。
(4) 如下圖所示組成閉合回路，其中，甲裝置中CH₄為負極，O₂和CO₂的混合氣體為正極，稀土金屬材料為電極，以熔融碳酸鹽為電解質；乙裝置中a、b為石墨，b極上有紅色物質析出，CuSO₄溶液的體積為200 mL。

① 甲裝置中氣體A為        （填“CH₄”或“O₂和CO₂”），d極上的電極反應式為
_____________________________________。
② 乙裝置中a極上的電極反應式為__________________________________。
若在a極產生112mL(標準狀況)氣體，則甲裝置中消耗CH₄________ mL (標準狀況)，乙裝置中所得溶液的pH=__________。（忽略電解前后溶液體積變化）
③ 如果乙中電極不變，將溶液換成飽和Na₂SO₄溶液，當陰極上有a mol氣體生成時，同時有w g Na₂SO₄·10H₂O晶體析出，若溫度不變，剩余溶液中溶質的質量分數應為__________________________(用含w、a的表達式表示，不必化簡)。

Answer 1

(1) CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)  △H= －890.31kJ·mol^-1  (2分)
(2) +131.5 kJ·mol^－1   (2分)
(3)  ① 增大  (1分)
② 否 (1分)   因為Q_c=c(CO₂)/c(CO)=0.25<K=0.263   (2分)
(4)  ① CO₂ (2分)   O₂+4e^－+2CO₂=2CO₃^2－ (2分)
② 4OH^－－4e^－ = O₂↑+2H₂O (2分)    56  (2分)        1  (2分)
③ (w×142/322)/( w+18a)×100%     (2分)

本題為化學反應與能量綜合考查題。（1）為熱化學方程式的書寫，需要注意問題有反應與計量系數的對應關系，物質狀態，吸熱與放熱等，可以寫出CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l) △H= －890.31kJ·mol^-1  ；（2）考查蓋斯定律的應用。三個方程式依次編號為①②③，目標方程式等于①-②-③，故ΔH=-437.3-(-285.8)-(-283.0)=+131.5KJ/mol；（3）平衡常數只與溫度有關，溫度升高，平衡正向移動，故K增大，Q==0.25<K，故平衡平衡正向移動；（4）甲為燃料電池，乙為電解池，b有紅色物質析出，發生Cu²⁺+2e^-=Cu，為陰極，故A為負極，通入CH₄，d為正極電解質為熔融的碳酸鹽，故有  O₂+4e^－+2CO₂= CO；將CuSO₄換成Na₂SO₄；陽極產生O₂，陰極產生H₂，amol，故電解水為amol，18ag，原來為飽和溶液，電解后還是飽和溶液。將wgNa₂SO₄·10H₂O溶解在18ag水中同樣為飽和溶液，故溶質的質量分數為×100%。