Question

（1）CH₄可用于設計燃料電池，兩極區(qū)電解質溶液均為KOH溶液．甲烷燃料電池的工作原理如圖甲所示：原電池工作過程中OH^-的作用是

 

；負極電極反應式為：

 

．若電路中轉移電子數為0.8N_A，右側溶液中n（OH^-）的變化量為

 

．

（2）CH₄與H₂O在隔絕空氣、高溫和催化劑條件下反應：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=m kJ?mol^-1則反應的平衡常數表達式K=

 

，K的大小與溫度（T）的關系如上圖乙中曲線所示，則m

 

0（填“＞”“=”或“＜”）；改變某一條件，使狀態(tài)從a點到達b點，若保持溫度不變，反應再次達到平衡時，則CH₄的轉化率

 

（填“增大”、“減小”、“不變”或“不一定”），反應的焓變（△H）將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理,化學平衡常數的含義,化學平衡的影響因素

專題：

分析：（1）原電池放電時氫氧根離子定向移動形成電流，從而將整個裝置形成閉合回路；
該燃料電池中負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水；
若電路中轉移電子數為0.8N_A，根據電極反應式知，負極上消耗1mol氫氧根離子，溶液中左側氫氧根離子有0.8mol移向右側，據此計算右側溶液中n（OH^-）的變化量；
（2）化學平衡常數K等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比；
根據圖象知，溫度越高K越大，則該反應的正反應是吸熱反應，其焓變大于0；
改變某一條件，使狀態(tài)從a點到達b點，若保持溫度不變，平衡常數不變，b狀態(tài)濃度商小于平衡常數，則平衡可能向正反應方向移動也可能向逆反應方向移動；
反應焓變與始態(tài)和終態(tài)及變化過程無關．

解答： 解：（1）原電池放電時氫氧根離子定向移動形成電流，從而將整個裝置形成閉合回路，所以原電池工作過程中OH^-的作用是參與電極反應，定向移動形成電流；
該燃料電池中負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
若電路中轉移電子數為0.8N_A，根據電極反應式知，負極上消耗1mol氫氧根離子，溶液中左側氫氧根離子有0.8mol移向右側，所以右側溶液中n（OH^-）的變化量為0.2mol；
故答案為：參與電極反應，定向移動形成電流；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；0.2mol；
（2）化學平衡常數K=

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)．c(H2O)

；
根據圖象知，溫度越高K越大，則該反應的正反應是吸熱反應，其焓變大于0，所以m＞0；
改變某一條件，使狀態(tài)從a點到達b點，若保持溫度不變，平衡常數不變，b狀態(tài)濃度商小于平衡常數，如果是增大甲烷濃度，則甲烷轉化率減小，如果是增大水蒸氣濃度，則甲烷轉化率增大，所以甲烷的轉化率不一定；
反應焓變與始態(tài)和終態(tài)及變化過程無關，所以焓變不變，
故答案為：

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)．c(H2O)

；＞；不一定；不變．

點評：本題考查原電池原理和化學平衡移動影響因素，側重考查基本理論，知道燃料電池中各個電極上發(fā)生的反應、影響平衡移動的因素即可解答，注意（1）中右側溶液中n（OH^-）的變化為反應掉的n（OH^-）與由左側移向右側n（OH^-）之差，為易錯點．