Question

（14分）近年來，碳和碳的化合物在生產生活實際中應用廣泛。
（1）甲烷燃燒放出大量的熱，可作為能源用于人類的生產和生活。
已知：① 2 CH₄ (g) + 3O₂ (g) ＝ 2 CO (g) + 4 H₂O(l)  △H₁ =－1214.6 KJ/mol
② 2 CO (g) + O₂(g) ＝2 CO₂ (g)  ΔH₂ = －566 kJ/mol
則反應CH₄(g) + 2 O₂ (g) ＝CO₂ (g) + 2 H₂O (l) 的△H=                 。
（2）將兩個石墨電極插人KOH溶液中，向兩極分別通入CH₄和O₂，構成甲烷燃料電池。通入CH₄的一極，其電極反應式是：CH₄ + 10 OH^―― 8e^－＝CO₃^2－+ 7 H₂O；通入Ｏ₂的一極，其電極反應式是                             。
（3）若用石墨做電極電解500 ml飽和食鹽水，寫出電解反應的離子方程式為：                    ；電解一段時間后兩極共收集到標準狀況下的氣體1.12 L(不考慮氣體的溶解)。停止通電，假設反應前后溶液體積不變，則所得溶液的pH=            。
（4）將不同量的CO (g) 和H₂O (g) 分別通入到體積為2 L的恒容密閉容器中，進行反應
CO (g) ＋H₂O (g) CO₂ (g) ＋H₂ (g)，得到如下三組數據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所 需時間/min
		H2O	CO	CO2	CO
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

① 實驗1中以υ(H₂)表示的反應速率為            。
② 實驗2中的平衡常數是              （計算結果保留兩位小數）。
③ 該反應的正反應為         （填“吸”或“放”）熱反應。
④若實驗3要達到與實驗2相同的平衡狀態（即各物質的質量分數分別相等），
則a、b應滿足的關系是                （用含a、b的數學式表示）。

Answer 1

（1）△H＝－890.3KJ/mol
（2）O₂ + 4e^_+ 2H₂O ＝ 4OH^－
（3）2Cl^－ + 2H₂O   H₂↑ + Cl₂↑ + 2OH^－；13
（4）① 0.16 mol / (L?min)
② 0.17
③ 放
④ b = 2a

（1）由蓋斯定律得：△H=（△H₁+ ΔH₂）/2=（-1214.6-566）/2=－890.3KJ/mol
（2）CH₄的一極發生氧化反應，Ｏ₂的一極發生還原反應，堿性環境，得電子，生成氫氧根，所以O₂ + 4e^_+ 2H₂O ＝ 4OH^－
（3）電解食鹽水，陽極Cl^－發生氧化反應生成，陰極H⁺發生還原反應，生成，所以2Cl^－ + 2H₂O   H₂↑ + Cl₂↑ + 2OH^－，標準狀況下產生氣體1.12 L，0.05mol，H₂和Cl₂各0.025mol，OH^－即為0.05mol，所以OH^－濃度為0.1mol/L，所以pH=13
（4）① υ(CO)=（4－2.4）/2×5=1.6mol / (L?min)
②K=0.4×0.4/1.6×0.6=0.17
③對比1和2的平衡常數，2的小，平衡左移，所以升高溫度，平衡左移，故正反應為放熱反應。
④等效平衡，恒溫恒容，又是反應前后氣體體積數不變的反應，所以經一邊倒后，只要物質的量成比例即可。