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15.氢气是21世纪的新型能源.制氢的方法之一是以煤的转化为基础,部分反应如下:
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41kJ•mol-1
CaO(s)+CO2(g)?CaCO3(s)△H=-172kJ•mol-1
CO2(g)+4H2(g)?CH4(g)+2H2O(g)△H=-187kJ•mol-1
(1)写出CO与H2生成CH4和水蒸气的热化学方程式CO(g)+3H2(g)?CH4(g)+H2O(g)△H=-228kJ•mol-1.
(2)某温度下,在10L密闭容器中投入CO2、H2和CaO,仅发生CO2(g)+4H2(g)?CH4(g)+2H2O(g)和CaO(s)+CO2(g)?CaCO3(s)两个反应,部分物质的物质的量与时间的关系如表所示:
   物质
     N(mol)
时间(min)
CO2H2CaO
00.501.000.40
20.350.60a
60.200.20b
80.200.20b
①反应在0~2min内的平均反应速率v(H2)=0.02mol/L.min
②b=0.10
③反应到达平衡后,改变反应的某些条件,再次达到平衡时,不正确的是AC(填字母)
A.扩大容器体积c(H2)增大              B.升高温度,n(CO2)增大
C.充入少量H2,CaCO3质量减小         D.充入少量CO2,c(CH4)增大
④此温度下,反应CO2(g)+4H2(g)?CH4(g)+2H2O(g)的化学平衡常数K=$\frac{2}{3}$.若向10L容器中投入CO2、H2和CH4各0.1mol,H2O(g)xmol,要使v正(CO2)>v逆(CO2),x的取值范围为0<x$<\root{4}{0.015}$
(3)若以CH4、O2组成燃料电池,在酸性条件下负极电极反应式为.当两极消耗3.36L气体(标准状况)时,将产生的气体(假设全部逸出)通入50mL2mol•L-1 NaOH溶液中,下列说法正确的是CD
A.反应过程中共转移电子1.2mol   
B.所得溶液为Na2CO3和NaHCO3的混合溶液
C.c(Na+ )>c(CO32-)>c(OH- )>c(HCO3-)>c(H+)   
D.c(OH-)=2c(H2CO3)+c(HCO3- )+c(H+ )

分析 (1)①CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41kJ•mol-1
②CO2(g)+4H2(g)?CH4(g)+2H2O(g)△H=-187kJ•mol-1,①+②得CO(g)+3H2(g)?CH4(g)+H2O(g)△H=-228kJ•mol-1据此进行分析;
(2)①据v=$\frac{△c}{△t}$进行计算;
②CaO(s)+CO2(g)?CaCO3(s)据此方程式,则CaO(s)和CO2(g)前系数都为1,0-6min内CO2(g)的物质的量变化了0.30mol,则CaO(s)的物质的量变化也为0.30mol,据此进行分析;
③A.扩大容器体积,相当于减小压强,向气体体积增大的方向进行,故向逆向进行则n(H2)增大,但是得不偿失,c(H2)减小; 
B.升高温度,向吸热方向进行,故向逆反应方向进行,则n(CO2)增大;
C.充入少量H2,使体系压强增大,向气体体积减小的方向进行,故向正反应方向进行;
D.充入少量CO2,使体系压强增大,向气体体积减小的方向进行,故向正反应方向进行,故c(CH4)增大;
④据k=$\frac{c(C{H}_{4}){c}^{2}({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2}){c}^{4}({H}_{2})}$此进行计算;求出QC并确定想的范围;
(3)甲烷燃料电池,总的电极反应方程式为CH4+3O2═CO2+2H2O,
A.CH4+2O2═CO2+2H2O~8mole-
        22.4×3                           8
          3.36                             0.4,故反应过程中共转移电子0.4mol;
B.CH4+2O2═CO2+2H2O~8mole-
           22.4×3     1
            3.36       0.05,则n(CO2)=0.05mol,n(NaOH)=0.05L×2mol•L-1=0.1mol,据此确定溶液成分;
C.在一定条件下Na2CO3溶液存在水解平衡:CO32-+H2O?HCO3-+OH-,溶液显碱性,离子浓度大小为:c(Na+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)>c(H+);
D.根据物料守恒得2c(CO32-)+2c(HCO3-)+2c(H2CO3)=c(Na+),根据电荷守恒得c(Na+)+c(H+ )=c(OH-)+c(HCO3- )+2c(CO32-),据此进行分析.

解答 解:(1)①CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41kJ•mol-1
②CO2(g)+4H2(g)?CH4(g)+2H2O(g)△H=-187kJ•mol-1,①+②得CO(g)+3H2(g)?CH4(g)+H2O(g)△H=-228kJ•mol-1,
故答案为:CO(g)+3H2(g)?CH4(g)+H2O(g)△H=-228kJ•mol-1;
(2)①v(H2)=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.4mol}{10L}}{2min}$=0.02mol/L.min,
故答案为:0.02mol/L.min;
②CaO(s)+CO2(g)?CaCO3(s)据此方程式,则CaO(s)和CO2(g)前系数都为1,0-6min内CO2(g)的物质的量变化了0.30mol,则CaO(s)的物质的量变化也为0.30mol,故b=0.40mol-0.30mol=0.10mol,
故答案为:0.10;
③A.扩大容器体积,相当于减小压强,向气体体积增大的方向进行,故向逆向进行则n(H2)增大,但是得不偿失,c(H2)减小,故A错误;
B.升高温度,向吸热方向进行,故向逆反应方向进行,则n(CO2)增大,故B正确;
C.充入少量H2,使体系压强增大,向气体体积减小的方向进行,故向正反应方向进行,则CaCO3质量增加,故C 错误;
D.充入少量CO2,使体系压强增大,向气体体积减小的方向进行,故向正反应方向进行,故c(CH4)增大,故D正确;
故答案为:AC;
④CO2(g)+4H2(g)?CH4(g)+2H2O(g)
开始(c)  0.05         0.1              0               0
变化         0.02          0.08           0.02           0.04    
平衡          0.03         0.02           0.02            0.04
故化学平衡常数k=$\frac{c(C{H}_{4}){c}^{2}({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2}){c}^{4}({H}_{2})}$=$\frac{0.02×0.0{4}^{2}}{0.03×0.0{2}^{4}}$=$\frac{2}{3}$;要使v正(CO2)>v逆(CO2),则反应向正反应方向进行QC=$\frac{0.1×0.{1}^{2}}{0.1×{x}^{4}}$$<\frac{2}{3}$,故0<x$<\root{4}{0.015}$,
故答案为:$\frac{2}{3}$;0<x$<\root{4}{0.015}$;
(3)甲烷燃料电池,总的电极反应方程式为CH4+3O2═CO2+2H2O,
A.CH4+2O2═CO2+2H2O~8mole-
        22.4×3                           8
          3.36                             0.4,故反应过程中共转移电子0.4mol,故A错误;
B.CH4+2O2═CO2+2H2O~8mole-
           22.4×3     1
            3.36       0.05,则n(CO2)=0.05mol,n(NaOH)=0.05L×2mol•L-1=0.1mol,故n(NaOH):n(CO2)=2:1,
2 NaOH+CO2=Na2CO3+H2O,由方程式得,n(NaOH):n(CO2)=2:1,故溶液为Na2CO3,故B错误;
C.在一定条件下Na2CO3溶液存在水解平衡:CO32-+H2O?HCO3-+OH-,溶液显碱性,离子浓度大小为:c(Na+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)>c(H+),故C正确;
D.根据物料守恒得2c(CO32-)+2c(HCO3-)+2c(H2CO3)=c(Na+)①,根据电荷守恒得c(Na+)+c(H+ )=c(OH-)+c(HCO3- )+2c(CO32-)②,由①②整理得,c(OH-)=2c(H2CO3)+c(HCO3- )+c(H+ ),故D正确;
故答案为:CD.

点评 本题主要考查热化学方程式的书写,化学反应速率及平衡常数的计算,平衡移动的影响因素等,本题题目难度中等.

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