Question

开发新能源，使用清洁燃料，可以达到提高能效、减少污染的目的。

Ⅰ由C、H、O三种元素中的两种和三种分别组成的燃料物质甲和乙，其分子中均有氧，且1个乙分子中含有18个电子，则甲和乙分别是________。乙是一种清洁燃料，工业上可用甲和氢气反应制得。

(1)T₁温度时，在体积为2 L的密闭容器中充入2 mol甲和6 mol H₂，反应达到平衡后，测得c(甲)＝0.2 mol/L，则乙在平衡混合物中的物质的量分数是        。

(2)升高温度到T₂时，反应的平衡常数为1，下列措施可以提高甲的转化率的是________(填字母)。

A.加入2 mol甲     B.充入氮气     C.分离出乙     D.升高温度

Ⅱ(1)甲烷也是一种清洁燃料，但不完全燃烧时热效率降低并会产生有毒气体造成污染。

已知：

CH₄(g) + 2O₂(g) CO₂(g) + 2H₂O(l)    ΔH₁＝―890.3 kJ/mol

2CO (g) + O₂(g)2CO₂(g)            ΔH₂＝―566.0 kJ/mol

则甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和液态水时的热效率只是完全燃烧时的________倍(计算结果保留1位小数)。

(2)甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解50 mL 2 mol/L的氯化铜溶液的装置示意图：

请回答：

①若使用酸性水溶液做电解质，甲烷燃料电池的负极反应式是________。

若使用熔融Na₂CO₃做电解质，该电池负极的反应式是         。

若使用燃料电池内部是熔融的掺杂着氧化钇(Y₂O₃)的氧化锆(ZrO₂)晶体，可以传导O^2—。则在电池内部O^2—由____极移向____极(填“正”或“负”)；电池的负极电极反应式为                  。

②若B中为氯化铜溶液，当线路中有0.1 mol电子通过时，________(填“a”或“b”)极增重________g。

若B中为足量Mg(NO₃)₂和NaCl的混合溶液。电解开始后阴极的现象为____      。

Answer 1

Ⅰ CO(或一氧化碳)和 CH₃OH(或甲醇)

(1)1/3 (0.33或33.3％) (2)C

Ⅱ(1)0.7

(2)① CH₄ -8e^- + 2H₂O CO₂ + 8H⁺      CH₄－8e^－+4C5CO₂+2H₂O

正、负    CH₄+4O^2－—8e^—CO₂↑+2H₂O

  ② b       3.2

有大量无色气泡(或气体)产生，并且有白色沉淀产生。

【解析】本题考查较为综合，涉及物质推断、化学平衡有关计算、化学平衡常数、电化学以及盖斯定律的应用等。

(1)由C、H、O三种元素中的两种和三种分别组成的燃料物质甲和乙，1个乙分子中含有18个电子，则乙分子中含有1个C原子、1个O原子，则含有H原子数目为18-6-8=4，故乙为CH₃OH，分子中均有氧，故甲为CO；①、发生反应CO (g)+2H₂(g)⇌CH₃OH(g)，应达到平衡后，测得c(甲)=0.2mol/L，则平衡时n(甲)=2L×0.2mol/L=0.4mol，则：

CO (g)+2H₂(g)⇌CH₃OH(g)，

开始(mol)：2          6           0

变化(mol)：1.6        3.2          1.6

平衡(mol)：0.4        2.8          1.6

CH₃OH在平衡混合物中的物质的量分数为==1/3

(2)该反应为放热反应，A.加入2mol甲，平衡向正反应移动，但甲的转化率降低，故错误；B.充入氮气，反应混合物各组分的浓度不变，平衡不移动，甲的转化率不变，故错误； C.分离出乙，平衡向正反应移动，甲的转化率增大，故C正确； D.T₁温度时平衡常数为=100/49＞1，故升高温度平衡向逆反应移动，甲的转化率降低，故错误；故答案为：C；

Ⅱ(1)已知：①、CH₄(g)+2O₂(g)CO₂(g)+2H₂O(l)△H=-890.3kJ•mol^-1；②、2CO(g)+O₂(g)2CO₂(g)△H=-566.0kJ•mol^-1，利用盖斯定律，①×2-②可得：2CH₄(g)+3O₂(g)2CO(g)+4H₂O(l)；△H=-1214.6kJ•mol ^-1;故甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和液态水时的热效率只是完全燃烧时的=0.7，故答案为：0.7；(2)①、原电池负极发生氧化反应，甲烷在负极通入，酸性条件下，发生氧化反应生成CO₂、H⁺，负极电极反应式为：CH₄-8e^-+2H₂OCO₂+8H⁺；若使用熔融Na₂CO₃做电解质，该电池负极的反应式是CH₄－8e^－+4C5CO₂+2H₂O；则在电池内部，负极失去电子，带正电荷，O^2－由正极极移向负极移动，电池的负极电极反应式为CH₄+4O^2－—8e^—CO₂↑+2H₂O；②、B为电解池，铜离子发生还原反应，在阴极析出，该极连接原电池的负极，故在b电极析出Cu，b电极的质量增重，转移0.1mol电子，析出铜的物质的量为0.05mol，故析出铜的质量为0.05mol×64g/mol=3.2g；电解池阴极发生还原反应，阳离子在阴极放电，水在阴极放电，电极反应式为2H₂O-2e-H₂↑+2OH^-，同时反应反应Mg²⁺+2OH^-Mg(OH)₂↓，故电解开始后阴极的现象为：有无色气体生成，有白色沉淀生成。