Question

【題目】能源是人類共同關注的重要問題，甲烷是一種潔凈的能源。

(1)甲烷不僅能用作燃料，還可用于生產合成氣(CO和H2)。CH4與H2O(g)通入聚焦太陽能反應器，發(fā)生反應CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H1。已知某些化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學鍵	C—H	H—H	C≡O	O—H
鍵能/kJ·mol－1	413	436	1076	463

則△H1=___________kJ·mol－1

(2)用合成氣生成甲醇的反應為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H2，在2L恒容密閉容器中，按物質的量之比1：2充入CO和H2，測得CO的平衡轉化率與溫度和壓強的關系如下圖所示，

200℃時n(H2)隨時間的變化如下表所示

t/min	0	1	2	3
n(H2)/mol	6.0	3.4	2.0	2.0

①△H2___________0(填“>”“<”或“=”)

②下列說法正確的是___________(填字母序號)。

a.達平衡后往容器中充入稀有氣體，壓強增大，平衡向正反應方向移動

b.降低溫度，該反應的平衡常數(shù)變大

C.容器內氣體密度不變，反應達到最大限度

d.圖中壓強p1>p2

③200℃時，該反應的平衡常數(shù)K=___________。

(3)甲烷、氧氣和KOH溶液可組成燃料電池。則此燃料電池工作時，通入甲烷的電極為___________極，其電極反應式為______________________，通入氧氣的電極反應式為：___________。

Answer 1

【答案】+194（或194） < b 2 負 CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O O2+4e-+2H2O=4OH-

【解析】

(1)根據(jù)△H和鍵能的關系計算；

(2)①由圖示可知在恒壓條件下，隨著溫度升高CO轉化率降低，說明升高溫度平衡逆向移動，即正反應為放熱反應；

②a.達平衡后往容器中充入稀有氣體，壓強增大，但平衡不移動；

b. 正反應為放熱反應，降低溫度平衡正向移動，平衡常數(shù)變大；

C.容器內氣體密度不變，不能判斷反應是否達到平衡狀態(tài)；

d.由圖示可知，在恒溫恒容的條件下，增大壓強，平衡向正反應方向移動，CO轉化率增大，即圖中壓強p1<p2；

③由圖表可知，2min后達到平衡狀態(tài)，用三段式分析濃度改變，根據(jù)平衡常數(shù)K=計算。

(3) 甲烷燃料電池中，負極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子的氧化反應，正極上投放氧氣，發(fā)生得電子的還原反應。

(1)根據(jù)△H和鍵能的關系，即△H=（413kJ/mol×4+463kJ/mol×2）-（1076kJ/mol+436kJ/mol×3）=+194kJ·mol－1；

因此，本題正確答案是：+194（或194）

(2)①由圖示可知在恒壓條件下，隨著溫度升高CO轉化率降低，說明升高溫度平衡逆向移動，即正反應為放熱反應，△H2<0；

②a.達平衡后往容器中充入稀有氣體，壓強增大，但平衡不移動，故a錯誤；

b. 正反應為放熱反應，降低溫度平衡正向移動，平衡常數(shù)變大，故b正確；

C.容器內氣體密度不變，不能判斷反應是否達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；

d.由圖示可知，在恒溫恒容的條件下，增大壓強，平衡向正反應方向移動，CO轉化率增大，即圖中壓強p1<p2，故d錯誤；

③由圖表可知，2min后達到平衡狀態(tài)

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始濃度（mol/L） 1.5 3 0

變化濃度（mol/L） 1 2 1

平衡濃度（mol/L） 0.5 1 1

200℃時，平衡常數(shù)K===2。

因此，本題正確答案是：<；b；2；

(3)在堿性溶液中，通入甲烷的電極為負極，發(fā)生失電子的氧化反應：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，正極上投放氧氣，發(fā)生得電子的還原反應：O2+4e-+2H2O=4OH-，

CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；O2+4e-+2H2O=4OH-。

因此，本題正確答案是：負；CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；O2+4e-+2H2O=4OH-。