Question

14．天然气在生产、生活中具有广泛的应用．
（1）CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1．其他条件相同，实验测得在T₁和P_l与T₂和P₂条件下该反应的H₂平衡转化率相同，若T₁＞T₂、则P_l＞P₂ （填“＞”“＜”或“=”），平衡常数K_1＜K₂（填“＞”“＜”或“=”）．
（2）另一合成CH₄的原理：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）．某温度时将0.1molCO和0.3mol H₂充入10L的密闭容器内，l0min时达平衡．测得10min内v（CO）=0.0009mol•L^-1•min^-1，则H₂的平衡转化率为90%，该温度下反应的平衡常数为3×10⁶mol^-2•L²．
（3）某实验小组依据甲烷燃烧的反应原理，设计如图所示的装置．已知甲池的总反应式为    CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，乙池中盛有1L lmo1•L^-1CuSO₄溶液．a电极通入的气体为CH₄，其电极反应式是CH₄-8e^-+10OH^-═7H₂O+CO₃^2-，b电极的现象为有红色的物质析出．一段时间内乙池中溶液的pH由2变为1，则在这段时间内转移电子的物质的量为0.09mol．

Answer 1

分析 （1）根据CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1，则该反应为气体体积减小的放热反应，所以升温向逆反应方向进行，而加压则向正反应方向进行，平衡常数仅与温度有关，据此分析；
（2）根据10min内v（CO）=0.0009mol•L^-1•min^-1计算反应消耗的CO的物质的量，再利用三段式，结合转化率=$\frac{转化量}{起始量}$计算一氧化碳的转化率，K=$\frac{c（CH{\;}_{4}）c（H{\;}_{2}O）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}}$进行计算平衡常数；
（3）甲池能自发的进行氧化还原反应，为原电池，a电极通入的气体为CH₄是负极，电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-═7H₂O+CO₃^2-，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；乙池为电解池，与a电极相连的b电极是阴极，阴极上铜离子放电析出铜单质，乙池中阳极上氢氧根离子放电，根据转移电子相等计算转移电子的物质的量．

解答 解：（1）因为CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1，则该反应为气体体积减小的放热反应，所以升温向逆反应方向进行，加压则向正反应方向进行，而实验测得在T₁和P_l与T₂和P₂条件下该反应的H₂平衡转化率相同，若T₁＞T₂，所以P_l＞P₂；
又平衡常数仅与温度有关，升温又向逆反应方向进行，所以温度高平衡常数反而小，则平衡常数K₁ ＜K₂；故答案为：＞；＜；
（2）因为10min内v（CO）=0.0009mol•L^-1•min^-1，所以10min内消耗CO的物质的量为0.0009mol•L^-1•min^-1×10L×10min=0.09mol，
则有    CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）
开始0.1mol     0.3mol      0       0
转化0.09mol    0.27mol   0.09mol    0.09mol
平衡0.01mol    0.03mol   0.09mol    0.09mol
所以CO的转化率=$\frac{转化量}{起始量}$×100%=$\frac{0.09}{0.1}$×100%=90%；
K=$\frac{c（CH{\;}_{4}）c（H{\;}_{2}O）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}}$=$\frac{\frac{0.09}{10}×\frac{0.09}{10}}{\frac{0.01}{10}×（\frac{0.03}{10}）{\;}^{3}}$=3×10⁶；故答案为：90%；3×10⁶；
（3）甲池能自发的进行氧化还原反应，为原电池，a电极通入的气体为CH₄是负极，电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-═7H₂O+CO₃^2-，乙池为电解池，与a电极相连的b电极是阴极，阴极上铜离子放电析出铜单质，现象为有红色的物质析出；
一段时间内乙池中溶液的pH由2变为1，则氢离子浓度增加0.1mol/L-0.01mol/L=0.09mol/L，所以增加氢离子物质的量为0.09mol/L×1L=0.09mol，则阳极消耗氢氧根物质的量为0.09mol，则根据乙池中阳极上氢氧根离子放电生成氧气，反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，所以这段时间内转移电子的物质的量为0.09mol；
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-═7H₂O+CO₃^2-；有红色的物质析出；0.09．

点评 本题考查了化学平衡移动原理分析，平衡计算以及原电池和电解池原理，正确判断原电池和电解池是解本题关键，再结合各个电极上发生的反应来分析解答，难点是电极反应式的书写，题目难度中等．