Question

10．
（1）CCS技术是将工业和有关能源产业中所生产的CO₂进行捕捉与封存的技术，被认为是拯救地球、应对全球气候变化最重要的手段之一．其中一种以天燃气为燃料的“燃烧前捕获系统”的简单流程图如图甲所示（部分条件及物质未标出）．回答下列问题：
CH₄在催化剂作用下实现第一步，也叫CH₄不完全燃烧，1gCH₄不完全燃烧反应放出2.21kJ热量，写出该反应的热化学方程式2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72 kJ•mol^-1．
（2）甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上可用（1）转化中得到的合成气制备甲醇．反应为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）某温度下，在容积为2L的密闭容器中进行该反应，其相关数据见如图乙：
①根据上图计算，从反应开始到tmin时，用H₂浓度变化表示的平均反应速率v（H₂）=$\frac{1}{5t}$mol/（L•min）
②t min至2tmin时速率变化的原因可能是反应受热或使用了催化剂；
③3tmin时对反应体系采取了一个措施，至4tmin时CO的物质的量为0.5mol，请完成图乙CO的曲线．
（3）某同学按图丙所示的装置用甲醇燃料电池（装置Ⅰ）进行电解的相关操作，以测定铜的相对原子质量，其中c电极为铜棒，d电极为石墨，X溶液为500mL0.4mol/L硫酸铜溶液．当装置Ⅱ中某电极上收集到标准状况下的气体V₁mL时，另一电极增重mg（m＜12.8）．
①装置Ⅰ中、H⁺向a极（填“a”或“b”）移动；b电极上发生的反应为CH₃OH-6eˉ+H₂O=CO₂+6H⁺．
②铜的相对原子质量的表达式为$\frac{11200m}{{V}_{{\;}_{1}}}$（用m和V₁的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）根据流程图可知甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和氢气，依据热化学方程式的书写方法写出，标注物质聚集状态和对应焓变；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$进行计算；
②反应速率加快，而且在t的时刻，达平衡状态进行分析求解；
③平衡正向移动，是增加CO的量导致平衡正向移动；
（3）①由装置II中某电极上收集到标准状况下的气体V₁mL时，另一电极增重mg可知，d极为阳极，而c极为阴极；
②根据阳极产生气体的体积，求出整个过程中转移电子的物质的量，然后铜的相对原子质量．

解答 解：（1）根据流程图可知甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和氢气，1gCH₄燃烧生成一氧化碳和氢气放热2.21kJ，16g甲烷燃烧生成二氧化碳和液态水放出热量16×2.21kJ=35.36KJ，16g甲烷为1mol，则甲烷不完全燃烧的热化学方程式为：2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72 kJ•mol^-1，
故答案为：2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72 kJ•mol^-1；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{2-1.6}{2}}{t}$=$\frac{1}{5t}$mol/（L•min），故答案为：$\frac{1}{5t}$mol/（L•min）；
②反应速率加快，而且在t的时刻，达平衡状态，可能是反应受热或使用了催化剂，故答案为：反应受热或使用了催化剂；
③平衡正向移动，是增加CO的量导致平衡正向移动，所以图象为：，故答案为：；

（3）①由装置II中某电极上收集到标准状况下的气体V₁mL时，另一电极增重mg可知，d极为阳极，而c极为阴极，所以与d极相连的a极为正极，原电池中阳离子向正极移动，b电极为负极是燃料发生氧化反应，反应方程式为：CH₃OH-6eˉ+H₂O=CO₂+6H⁺，故答案为：a、CH₃OH-6eˉ+H₂O=CO₂+6H⁺；
②整个过程中转移电子的物质的量为：$\frac{1{0}^{-3}×V1}{22.4}$，所以生成铜的物质的量为：$\frac{{V}_{1}}{11200}$，所以铜的相对原子质量的表达式为$\frac{11200m}{{V}_{{\;}_{1}}}$，故答案为：$\frac{11200m}{{V}_{{\;}_{1}}}$．

点评 本题考查化学反应热、平衡的移动和电化学的相关知识，综合性强，比较有难度．