Question

在海底和青藏高原都發(fā)現(xiàn)了名為“可燃冰”的環(huán)保型新能源，主要成分是CH₄，CH₄在光照下可與Cl₂反應(yīng)，也可以用CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇等新型燃料．
（1）CH₄可與Cl₂反應(yīng)，其反應(yīng)機(jī)理如下：
（2）Cl2→2Cl2△H=+243kJ?mol-1
①
②
③
則CH₄與Cl₂反應(yīng)生成CH₃Cl（g）的熱化學(xué)方程式為：
（2）在一定條件下，發(fā)生反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）ClO（g）+3H₂（g）△H＞0．
在其它條件不變的情況下降低溫度，逆反應(yīng)速率將______（填“增大”、“減小”或“不變”）．若在2L密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，T℃時(shí)，通入2mol CH₄（g）和2mol H₂O（g），反應(yīng)達(dá)平衡后，生成l mol CO，此時(shí)向容器中同時(shí)加入1mol CO和3molH₂的混合氣體（保持溫度不變），則平衡將______（填“向正反應(yīng)方向”、“向逆反應(yīng)方向”或“不”）移動(dòng)，達(dá)到新平衡后平衡常數(shù)______
（3）CH₄（g）和H2O（g）生成的CO和H₂在一定條件下可發(fā)生反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）△H=-90.1kJ?mol-1，恒容條件下達(dá)平衡，下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO）增大的有______．（選填序號(hào)）．
a．再充入1mol H₂  b．使用健化劑  c．再充入2mol CO  d．升高溫度
（4）CH₄可用于設(shè)計(jì)燃料電池，甲烷燃料電池的工作原理如下圖所示：
     
 則正極的電極反應(yīng)式為：______；
反應(yīng)一段時(shí)間后溶液的pH______（填“升高”、“降低”或“不變”）．

Answer 1

【答案】分析：（1）據(jù)蓋斯定律反應(yīng)CH₄（g）+Cl₂（g）=CH₃Cl（g）+HCl（g）可看成反應(yīng)②+③得到；
（2）根溫度對(duì)正逆反應(yīng)速率的影響一致，升高反應(yīng)速率增大，降低溫度反應(yīng)速率減��；根據(jù)等效平衡判斷化學(xué)平衡的移動(dòng)；
（3）為使甲醇與一氧化碳的物質(zhì)的量比值增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，或增加甲醇的物質(zhì)的量；根據(jù)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與物質(zhì)的起始濃度無(wú)關(guān)，利用平衡三部曲求出 T℃時(shí)，通入2mol CH₄（g）和2mol H₂O（g），反應(yīng)達(dá)平衡后時(shí)，各物質(zhì)的平衡濃度代入表達(dá)式來(lái)求解；
（4）根據(jù)氧氣得到電子化合價(jià)升高來(lái)書寫；根據(jù)總反應(yīng)式判斷溶液的PH變化；
解答：解：（1）根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)CH₄（g）+Cl₂（g）=CH₃Cl（g）+HCl（g）可看成反應(yīng)②+③得到，則△H=△H②+△H③；
所以CH₄與Cl₂反應(yīng)生成CH₃Cl（g）的熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+Cl₂（g）→CH₃Cl（g）+HCl（g）△H=-102 kJ?mol^-1，故答案為：CH₄（g）+Cl₂（g）→CH₃Cl（g）+HCl（g）△H=-102 kJ?mol^-1；
（2）因溫度對(duì)正逆反應(yīng)速率的影響一致，降低溫度反應(yīng)速率減小，故答案為：減��；
根據(jù)等效平衡可知壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，即向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，T℃時(shí)，通入2mol CH₄（g）和2mol H₂O（g），反應(yīng)達(dá)平衡后時(shí)，有
               CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）
起始（mol/L）    1       1               0      0
反應(yīng)（mol/L）   0.5     0.5             0.5     1.5
平衡（mol/L）   0.5     0.5             0.5     1.5
所以平衡常數(shù)K==6.75，
平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與物質(zhì)的起始濃度無(wú)關(guān)，所以此時(shí)向容器中同時(shí)加入1mol CO和3molH₂的混合氣體（保持溫度不變），達(dá)到新平衡后平衡常數(shù)仍然為6.75，故答案為：向逆反應(yīng)方向；不變；
（3）a、再充入1mol H₂，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO）增大，故a正確；
b、使用催化劑，化學(xué)反應(yīng)加快，但平衡不移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO）不變，故b錯(cuò)誤；
c、再充入2molCO，平衡雖然向正反應(yīng)方向移動(dòng)，n（CH₃OH）、n（CO）的物質(zhì)的量增大，但n（CO）增加得更多，二者比值減少，故c錯(cuò)誤；
d、升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO）減小，故d錯(cuò)誤；
故選：a；
（4）氧氣得到電子，電極反應(yīng)為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，該電池的反應(yīng)式為2O₂+CH₄+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O，消耗了溶液中的氫氧根離子，且有溶劑水生成，導(dǎo)致溶液中氫氧根離子的濃度降低，故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；降低；
點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了蓋斯定律、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡移動(dòng)、電極反應(yīng)式的書寫，難度不大，注意基礎(chǔ)知識(shí)的積累．