Question

【題目】（1）CH4可用于設(shè)計(jì)燃料電池，甲烷燃料電池的工作原理如圖（左）所示：原電池工作過(guò)程中OH－的作用是_______________；負(fù)極電極反應(yīng)式為：_____________。若電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.8NA，左側(cè)溶液中pH________（填“增大”，“減小”，”不變”）（忽略溶液體積的變化），右側(cè)的OH－物質(zhì)的量變化量為_(kāi)________。

（2）CH4與H2O在隔絕空氣、高溫和催化劑條件下反應(yīng)：

CH4（g）+H2O（g） CO（g）+3H2（g） ΔH=m kJ·mol—1

則反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝______________，K的大小與溫度（T）的關(guān)系如上圖（右）中曲線所示，則m__________0（填“＞”“＝”或“＜”）；改變某一條件，使?fàn)顟B(tài)從a點(diǎn)到達(dá)b點(diǎn)，若保持溫度不變，反應(yīng)再次達(dá)到平衡時(shí)，則CH4的轉(zhuǎn)化率___________（填“增大”、“減小”、“不變”或“不確定”），反應(yīng)的焓變（△H）將_______________（填“增大”、“減小”或“不變”）。

Answer 1

【答案】（1）參與電極反應(yīng)，定向移動(dòng)形成電流（各1分，共2分）；

CH4－8e－＋10OH－＝CO3－＋7H2O（2分）；不變（1分）；0.2mol（2分）

（2）（2分）；＞（2分）；不確定（2分）；不變（2分）

【解析】

試題分析：（1）甲烷失去電子轉(zhuǎn)化為CO2，CO2結(jié)合氫氧根生成碳酸根，則氫氧根的作用是參與電極反應(yīng)，定向移動(dòng)形成電流；負(fù)極通入甲烷，電極反應(yīng)式為CH4－8e－＋10OH－＝CO3－＋7H2O；。若電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.8NA，正極消耗氧氣是0.2mol，生成氫氧根是0.8mol，由于生成的氫氧根向負(fù)極移動(dòng)，所以左側(cè)溶液中pH不變”。根據(jù)負(fù)極電極反應(yīng)式可知右側(cè)甲烷消耗1mol氫氧根，所以右側(cè)的OH－物質(zhì)的量變化量為1mol－0.8mol＝0.2mol。

（2）化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，則根據(jù)方程式CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）可知反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝，根據(jù)圖像可知升高溫度K增大，所以正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，m＞0；由于不能確定改變的條件，所以使?fàn)顟B(tài)從a點(diǎn)到達(dá)b點(diǎn)，若保持溫度不變，反應(yīng)再次達(dá)到平衡時(shí)，不能確定CH4的轉(zhuǎn)化率如何變化；焓變只與反應(yīng)物和生成物總能量的相對(duì)大小有關(guān)系，所以△H不變。