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【题目】中科院一项新研究成果实现了甲烷高效生产乙烯,其反应为:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH0

物质

燃烧热(kJ/mol)

氢气

285.8

甲烷

890.3

乙烯

1411.5

(1)已知相关物质的燃烧热如表,完成热化学方程式:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH=__

(2)温度为T1℃时,向1 L的恒容反应器中充入2 mol CH4,仅发生上述反应,反应015 min CH4的物质的量随时间变化如图1,实验测得1015 minH2的浓度为1.6 mol/L

①若图1中曲线ab分别表示在T1℃时,使用等质量的两种不同的催化剂时,达到平衡过程中n(CH4)变化曲线,判断:催化剂a_____b(填“优于”或“劣于”)。

②在15 min时改变反应条件,导致n(CH4)发生变化(见图1),则改变的条件可能是:_____(任答一条即可)。

(3)实验测得v=kc2(CH4),v=kc(C2H4c2(H2),其中kk为速率常数仅与温度有关,温度为时,kk的比值为______(填数值)。若将温度由T1升高到T2,则反应速率增大的倍数v_______ v(填“>”、“=”或“<”),判断的理由是_________

(4)科研人员设计了甲烷燃料电池并用于电解(如图2)。电解质是掺杂了Y2O3ZrO2的固体,可在高温下传导O2-

①图中C处的Pt_______(填“阴”或“阳”)极。

②该电池工作时负极的电极反应式为________

③用该电池电解饱和食盐水,一段时间后收集到标准状况下气体总体积为112 mL,则阴极区所得溶液在25℃时pH=_______(假设电解前后NaCl溶液的体积均为500 mL)。

【答案】+202.5 kJ/mol 劣于 升高温度或减小压强 12.8 升高温度,正、逆反应速率都加快,平衡正向移动,v(正)v(逆),说明正反应速率增大的倍数多于逆反应速率增大的倍数 CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 12

【解析】

(1)根据已知条件,可得热化学方程式:

H2(g)+O2(g)=H2O(l) ;ΔH=-285.8 kJ/mol

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l); ΔH=-890.3 kJ/mol

C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) ;ΔH=-1411.5kJ/mol

根据盖斯定律,将②×2-①×2-③,整理可得:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH=+202.5 kJ/mol

(2)①若图1中曲线a、曲线b分别表示在温度T1时,使用质量相同但表面积不同的催化剂时,达到平衡过程中n(CH4)变化曲线,可知:b催化剂表面积大,反应速率越快,达到平衡所需时间越短,先达到平衡,该催化剂性能好,b先达到平衡,说明催化剂a劣于催化剂b

15 min时,若改变外界反应条件,n(CH4)发生图中所示变化,物质的量随时间变化减小,说明平衡正向进行,正反应为气体体积增大的吸热反应,升高温度或减小压强,平衡正向进行,符合图象变化,故改变的条件是升高温度或减小压强;

(3) v=kc2(CH4),v=kc(C2H4c2(H2),其中kk为速率常数仅与温度有关,温度不变平衡常数不变,反应达到平衡状态时,正、逆反应速率相同,得到T1温度时kk的比值;kc2(CH4)=kc(C2H4c2(H2), ,对于反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ,反应开始时n(CH4)=2 moln(C2H4)=n(H2)=0,反应达到平衡时,H2的浓度为1.6 mol/L,由于容器的容积是1 L,所以平衡时气体的物质的量与浓度数值相等,各种物质的平衡浓度分别是:c(CH4)=(2 -1.6)mol/L=0.4 mol/Ln(C2H4)=0.8 mol/Ln(H2)=1.6 mol/L,因此平衡时K= mol/L=12.8 mol/L,即=12.8 mol/L;升高温度,正、逆反应速率都加快。由于该反应的正反应为吸热反应,根据平衡移动原理:升高温度,平衡向吸热反应方向移动,说明正反应速率增大的倍数大于逆反应速率增大的倍数,速率增大后,由于v(正)v(逆),使化学平衡正向移动;

(4)①甲烷燃料电池中通入甲烷的电极为原电池负极,通入氧气的电极为原电池的正极,C极与原电池的正极连接为阳极;

②在原电池负极,CH4失去电子生成CO2,传导离子是O2-,结合电荷守恒、原子守恒,可得负极的电极反应式:CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O

n(H2+Cl2)==0.005 mol,根据电解反应方程式:2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH,可知每反应产生2 mol气体,同时在阴极得到2 mol NaOH,现在反应产生0.005 mol气体,因此反应产生了0.005 mol NaOH,由于溶液的体积是0.5 L,则阴极附近溶液中c(NaOH)==0.01 mol/L,在室温下水的离子积常数Kw=10-14(mol/L)2c(H+)= mol/L=10-12 mol/L,所以溶液的pH=12

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A.简单离子半径:Z > M > Y > X

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2)配制时,下列仪器中必须使用___(填代号),还缺少的仪器是______

①托盘天平(带砝码) 10mL量筒 20mL量筒 ④烧杯 ⑤玻璃棒 100mL容量瓶 ⑦漏斗 ⑧烧瓶

3)在配制过程中,下列操作中能使所配溶液的浓度偏高的有___(填代号)。

①用量筒量取98%的硫酸时俯视

②洗涤量取浓硫酸的量筒,并将洗涤液转移到容量瓶中

③未等稀释后的H2SO4溶液冷却至室温就转移到容量瓶中

④转移前,容量瓶中含有少量蒸馏水

⑤定容时,加蒸馏水超过标线,又用胶头滴管吸出

⑥定容摇匀后,发现液面低于标线,又用胶头滴管加蒸馏水至标线

⑦定容时,仰视刻度线

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实验步骤

实验现象

实验结论及反应离子方程式

取少量溶液A于试管中,加入KSCN溶液。

________

假设②不成立,假设①或③成立;反应的离子方程式是_____________

(3)乙同学继续探究溶液A的组成。

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实验过程:另取少量溶液A于试管中,逐滴加入酸性KMnO4溶液,充分振荡,KMnO4紫色褪去。

实验结论:__________(填写字母序号)

a.可能有Fe2+ b.可能无Fe2+ c.一定有Fe2+

(4)结论:A中含有的阳离子是_________,简述理由:________________

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