Question

【題目】（1）某學生為了探究鋅與鹽酸反應過程中的速率變化，在200mL稀鹽酸中加入足量的鋅粉，用排水集氣法收集反應放出的氫氣，實驗記錄如下(累計值)：

時間(min)	1	2	3	4	5
氫氣體積(mL)(標準狀況)	50	120	232	290	310

①上述實驗過程中，反應速率最大時間段是________(選填字母作答)，該時間段反應速率最大的主要原因是________________________________________________________。

A．0～1min B．1～2min C．2～3min D．3～4min E．4～5min

②求2～3分鐘時間段以鹽酸的濃度變化來表示的該反應速率___________________(假設反應過程中溶液體積不變)。

（2）某溫度下在容積為1L密閉容器中，X、Y、Z三種氣態(tài)物質的物質的量隨時間變化曲線如圖。

①該反應的化學方程式是______________________________________________。

②該反應達到平衡狀態(tài)的標志是________。

A．X的濃度不再改變

B．Y的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變

C．容器內氣體的總壓強保持不變

D．容器內氣體的總質量保持不變

③反應進行到2min時，Y的轉化率為_____________。

（3）燃料電池可以將氣體燃料和氧氣直接反應產(chǎn)生電能，其效率高、污染低，是一種很有前途的能源利用方式。但傳統(tǒng)燃料電池使用氫氣為燃料，而氫氣既不易制取又難以儲存，導致燃料電池成本居高不下�？蒲腥藛T嘗試用便宜的甲烷、乙烷等碳氫化合物為燃料，設計出新型燃料電池，使其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統(tǒng)燃料電池。請寫出以甲烷為燃料、硫酸為電解質溶液的該新型燃料電池工作時負極的電極反應方程式_________。

Answer 1

【答案】2～3min 反應放熱，溫度升高，反應速率增大 0.05mol/(L·min) X+3Y2Z ABC 30% 2H2O+CH4-8e-=CO2+8H+

【解析】

(1)①生成氣體體積越大的時間段，反應速率越大，結合溫度、濃度對反應速率的影響分析；

②計算出氫氣的體積，根據(jù)反應中鹽酸與氫氣的物質的量的關系式，計算消耗鹽酸的物質的量，求出鹽酸濃度的變化，最后計算反應速率；

（2）①根據(jù)參加反應的物質的物質的量之比等于化學計量數(shù)之比書寫化學方程式；

②反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的物質的量、濃度等不再變化，由此判斷；

③由轉化率公式計算；

（3）燃料電池中負極發(fā)生氧化反應，根據(jù)電池的酸堿性環(huán)境書寫負極反應式。

（1）①在0～1、1～2、2～3、3～4、4～5、時間段中，產(chǎn)生氣體的體積分別為50mL、70mL、112mL、58mL、20mL，生成氣體體積越大的時間段，反應速率越大，由此可知反應速率最大的時間段為：2～3min，該時間段反應速率最大的主要原因鋅與鹽酸反應放熱，溫度升高，反應速率增大，答案為：2～3min；反應放熱，溫度升高，反應速率增大；

②在2～3min時間段內，n(H2)= =0.005mol，根據(jù)反應的化學方程式 Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑，得到關系式：2HCl ～H2，所以消耗鹽酸的物質的量為0.01mol，則v(HCl)==0.05mol/(L·min)；

（2）①由圖象可知該反應為可逆反應，反應中X、Y的物質的量減少，為反應物，Z的物質的量增多，為生成物，當反應進行到5分鐘時，X、Y、Z三種物質的物質的量的變化分別為0.2mol、0.6mol、0.4mol，故X、Y、Z三種物質的物質的量變化量之比為1：3：2，根據(jù)參加反應的物質的物質的量之比等于化學計量數(shù)之比，得出該反應的化學方程式為：X+3Y2Z；

②A．X的濃度不再改變，即X的消耗速率和生成速率相同，可以判斷達到平衡狀態(tài)；

B．Y的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變，說明Y的生成速率和消耗速率相同，可以判斷達到平衡狀態(tài)；

C．該反應是氣體的物質的量有變化的反應，在達到平衡之前，容器中的壓強一直在變化，當容器內氣體的總壓強保持不變則說明反應達到了平衡；

D．反應中三種物質都是氣體，密閉容器內氣體的總質量始終保持不變，容器內氣體的總質量保持不變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故答案是：ABC；

③2min內Y的物質的量變化為1.0mol-0.7mol=0.3mol，2min內Y的轉化率=100%=30%；

（3）甲烷燃料電池中發(fā)生氧化反應的是甲烷，甲烷在負極放電，在酸性環(huán)境下生成二氧化碳和水，故負極反應式為：2H2O+CH4-8e-=CO2+8H+。