Question

【題目】能源是人類共同關(guān)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(chǎn)合成氣(CO和H2)。CH4與H2O(g)通入聚焦太陽能反應(yīng)器，發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H1。已知某些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學(xué)鍵	C—H	H—H	C≡O(shè)	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(yīng)為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H2，在2L恒容密閉容器中，按物質(zhì)的量之比1：2充入CO和H2，測(cè)得CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示，

200℃時(shí)n(H2)隨時(shí)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(hào))。

a.達(dá)平衡后往容器中充入稀有氣體，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)

b.降低溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)變大

C.容器內(nèi)氣體密度不變，反應(yīng)達(dá)到最大限度

d.圖中壓強(qiáng)p1>p2

③200℃時(shí)，該反應(yīng)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(shí)，通入甲烷的電極為___________極，其電極反應(yīng)式為______________________，通入氧氣的電極反應(yīng)式為：___________。

Answer 1

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

【解析】

(1)根據(jù)△H和鍵能的關(guān)系計(jì)算；

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

②a.達(dá)平衡后往容器中充入稀有氣體，壓強(qiáng)增大，但平衡不移動(dòng)；

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

C.容器內(nèi)氣體密度不變，不能判斷反應(yīng)是否達(dá)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(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，即圖中壓強(qiáng)p1<p2；

③由圖表可知，2min后達(dá)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(jì)算。

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

(1)根據(jù)△H和鍵能的關(guān)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(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，即正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H2<0；

②a.達(dá)平衡后往容器中充入稀有氣體，壓強(qiáng)增大，但平衡不移動(dòng)，故a錯(cuò)誤；

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

C.容器內(nèi)氣體密度不變，不能判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；

d.由圖示可知，在恒溫恒容的條件下，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，即圖中壓強(qiáng)p1<p2，故d錯(cuò)誤；

③由圖表可知，2min后達(dá)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(shí)，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(fù)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，正極上投放氧氣，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)：O2+4e-+2H2O=4OH-，

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

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