Question

【題目】（1）某學生為了探究鋅與鹽酸反應過程中的速率變化，在200mL稀鹽酸中加入足量的鋅粉，用排水集氣法收集反應放出的氫氣，實驗記錄如下(累計值)：

時間(min)	1	2	3	4	5
氫氣體積(mL)(標準狀況)	50	120	232	290	310

①上述實驗過程中，反應速率最大時間段是________(選填字母作答)，該時間段反應速率最大的主要原因是________________________________________________________。

A．0～1min B．1～2min C．2～3min D．3～4min E．4～5min

②求2～3分鐘時間段以鹽酸的濃度變化來表示的該反應速率___________________(假設反應過程中溶液體積不變)。

（2）某溫度下在容積為1L密閉容器中，X、Y、Z三種氣態物質的物質的量隨時間變化曲線如圖。

①該反應的化學方程式是______________________________________________。

②該反應達到平衡狀態的標志是________。

A．X的濃度不再改變

B．Y的體積分數在混合氣體中保持不變

C．容器內氣體的總壓強保持不變

D．容器內氣體的總質量保持不變

③反應進行到2min時，Y的轉化率為_____________。

（3）燃料電池可以將氣體燃料和氧氣直接反應產生電能，其效率高、污染低，是一種很有前途的能源利用方式。但傳統燃料電池使用氫氣為燃料，而氫氣既不易制取又難以儲存，導致燃料電池成本居高不下。科研人員嘗試用便宜的甲烷、乙烷等碳氫化合物為燃料，設計出新型燃料電池，使其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統燃料電池。請寫出以甲烷為燃料、硫酸為電解質溶液的該新型燃料電池工作時負極的電極反應方程式_________。

Answer 1

【答案】2～3min 反應放熱，溫度升高，反應速率增大 0.05mol/(L·min) X+3Y2Z ABC 30% 2H2O+CH4-8e-=CO2+8H+

【解析】

(1)①生成氣體體積越大的時間段，反應速率越大，結合溫度、濃度對反應速率的影響分析；

②計算出氫氣的體積，根據反應中鹽酸與氫氣的物質的量的關系式，計算消耗鹽酸的物質的量，求出鹽酸濃度的變化，最后計算反應速率；

（2）①根據參加反應的物質的物質的量之比等于化學計量數之比書寫化學方程式；

②反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的物質的量、濃度等不再變化，由此判斷；

③由轉化率公式計算；

（3）燃料電池中負極發生氧化反應，根據電池的酸堿性環境書寫負極反應式。

（1）①在0～1、1～2、2～3、3～4、4～5、時間段中，產生氣體的體積分別為50mL、70mL、112mL、58mL、20mL，生成氣體體積越大的時間段，反應速率越大，由此可知反應速率最大的時間段為：2～3min，該時間段反應速率最大的主要原因鋅與鹽酸反應放熱，溫度升高，反應速率增大，答案為：2～3min；反應放熱，溫度升高，反應速率增大；

②在2～3min時間段內，n(H2)= =0.005mol，根據反應的化學方程式 Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑，得到關系式：2HCl ～H2，所以消耗鹽酸的物質的量為0.01mol，則v(HCl)==0.05mol/(L·min)；

（2）①由圖象可知該反應為可逆反應，反應中X、Y的物質的量減少，為反應物，Z的物質的量增多，為生成物，當反應進行到5分鐘時，X、Y、Z三種物質的物質的量的變化分別為0.2mol、0.6mol、0.4mol，故X、Y、Z三種物質的物質的量變化量之比為1：3：2，根據參加反應的物質的物質的量之比等于化學計量數之比，得出該反應的化學方程式為：X+3Y2Z；

②A．X的濃度不再改變，即X的消耗速率和生成速率相同，可以判斷達到平衡狀態；

B．Y的體積分數在混合氣體中保持不變，說明Y的生成速率和消耗速率相同，可以判斷達到平衡狀態；

C．該反應是氣體的物質的量有變化的反應，在達到平衡之前，容器中的壓強一直在變化，當容器內氣體的總壓強保持不變則說明反應達到了平衡；

D．反應中三種物質都是氣體，密閉容器內氣體的總質量始終保持不變，容器內氣體的總質量保持不變不能說明反應達到平衡狀態，故答案是：ABC；

③2min內Y的物質的量變化為1.0mol-0.7mol=0.3mol，2min內Y的轉化率=100%=30%；

（3）甲烷燃料電池中發生氧化反應的是甲烷，甲烷在負極放電，在酸性環境下生成二氧化碳和水，故負極反應式為：2H2O+CH4-8e-=CO2+8H+。