Question

化學在能源開發與利用中起著十分關鍵的作用。
（1）蘊藏在海底的“可燃冰”是高壓下形成的外觀像冰的甲烷水合物固體。甲烷氣體燃燒的熱化學方程式為：CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(l) △H＝－890.3 kJ／mol。
356g“可燃冰”(分子式為CH₄·9H₂O)釋放的甲烷氣體完全燃燒生成液態水．放出的熱量為  _______ 。
（2）某種燃料電池，一個電極通入空氣，另一電極通入液化石油氣(以C₄H₁₀表示)，電池的電解質是摻入了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下傳導O^2－。
已知該電池負極的電極反應為：C₄H₁₀＋2O^2－－4e^－＝CO₂＋H₂O，則該電池正極的電極反應式為    _______   ，電池工作時，固體電解質里的O^2－向    _______   極移動。
（3）已知一氧化碳與水蒸氣的反應為：CO(g)＋H₂O(g)    CO₂(g)＋H₂(g)
①T℃時，在一定體積的容器中，通入一定量的CO(g)和H₂O(g)，發生反應并保持溫度不變，各物質濃度隨時間變化如下表：    T℃時物質的濃度(mol/L)變化

時間 / min	CO	H2O(g)	CO2	H2
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	0.100	0.200	0.100	0.100
4	0.100	0.200	0.100	0.100
5	0.116	0.216	0.084	C1
6	0.096	0.266	0.104	C2

       第5、6min時的數據是保持溫度和體積不變時，改變某一條件后測得的。第4～5min之間，改變的條件是    _______   ，第5～6min之間，改變的條件是    _______   。T℃時該化 學反應的平衡常數是    _______   。
②已知420℃時，該化學反應的平衡常數為9。如果反應開始時，CO和H₂O(g)的濃度都是0.01 mol／L，則CO在此條件下的轉化率為    _______   。
③397℃時該反應的平衡常數為12，請判斷該反應的△H    _______   0(填“>”、“＝”、“<”)．

Answer 1

（1）1780.6 kJ    （2）O₂＋4e^－＝2O^2－；  負
（3）①增加H₂濃度；增加H₂O(g)濃度； 0.5     ② 75％  ③ <

（1）356克可燃冰是2mol，放熱890.3×2=1780.6。
（2）根據燃燒方程式推得總反應式為  C₄H₁₀+ 13/2 O₂ → 4 CO₂+ 5 H₂O
減去負極反應式                C₄H₁₀+13O^2--26e^-    4CO₂+5H₂O
13/2 O₂-（13O^2--26e^-）=0 整理得： O₂+4e^-=O^2-
（3）①K= （0.1×0.1）/（0.1×0.2）="0.5" ；
②設：從起始到平衡CO的濃度變化為x mol·L ^-1
H₂O (g) ＋  CO (g)   H₂(g)＋ CO₂ (g)
起始：0.01      0.01           0       0
變化：x         x             x        x
平衡：(0.01－x) (0.01－x)     x        x
則該溫度下反應的平衡常數k = x²/(0.01－x)²=9，解得x  =0.0075。轉化率為75%。
③420℃時，該化學反應的平衡常數為9，397℃時該反應的平衡常數為12，平衡常數增大說明平衡正向移動，即降溫平衡正向移動，正反應放熱，△H＜0。