Question

17．甲烷作為一種新能源在化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，請回答下列問題：
（1）以天然氣為原料制H₂是合成氨的一條重要的路線．甲烷的部分氧化可得到合成氨的原料氣H₂，其反應(yīng)式如下：
①CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂（g）△H₁=-35.6kJ•mol^-1
有研究認(rèn)為甲烷部分氧化的機(jī)理為：
②CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-890.3kJ•mol^-1
③CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H₃=247.3kJ•mol^-1
請結(jié)合以上條件寫出CH₄和H₂O（g）生成CO和H₂的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=250.3kJ•mol^-1．
（2）恒溫下，向一個2L的密閉容器中充入1molN₂和2.6molH₂，反應(yīng)過程中對NH₃的濃度進(jìn)行檢測，得到的數(shù)據(jù)如下表所示：

時間/min	5	10	15	20	25	30
c（NH3）/（mol/L）	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

①前20min的平均速率v（H₂）為0.015mol/L•min．
②能提高反應(yīng)中N₂的平衡轉(zhuǎn)化率的是BCE．
A．增加N₂的濃度B．增加H₂的量C．移出部分NH₃D．提高反應(yīng)溫度
E．減小容器的容積F．加入合適的催化劑
（3）如圖表示合成NH₃反應(yīng)在某段時間t₀→t₆中反應(yīng)速率與反應(yīng)過程的曲線圖，若t₁時改變的條件是升高溫度，則在下列到達(dá)化學(xué)平衡的時間段中，NH₃的體積分?jǐn)?shù)最小的一段時間是（填寫下列序號，下同）D，化學(xué)平衡常數(shù)最大的一段時間是A．
A．t₀→t₁   B．t₂→t₃    C．t₃→t₄   D．t₅→t₆
t₄時改變的條件是減小壓強(qiáng)．
（4）甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）有廣泛的應(yīng)用．
①負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
②放電后，裝置中溶液的pH變�。�（填寫“變大”、“變小”或“不變”）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算反應(yīng)的焓變；
（2）依據(jù)圖表計(jì)算氨氣反應(yīng)速率，反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比計(jì)算得到氫氣反應(yīng)速率；能提高反應(yīng)中N₂的平衡轉(zhuǎn)化率，改變條件使平衡正向進(jìn)行分析；
（3）分析圖象變化，若t₁時改變的條件是升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；t₃時刻改變的條件是加入催化劑，改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡；t₄時刻正逆反應(yīng)速率減小，平衡逆向進(jìn)行，應(yīng)是增大體積減小壓強(qiáng)；平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨濃度、壓強(qiáng)變化；
（4）甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液），燃料甲烷做原電池負(fù)極反應(yīng)物失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，原電池反應(yīng)是堿性溶液中進(jìn)行消耗氫氧根生成水，溶液PH減��；

解答 解：（1）①CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）+2H₂（g）△H₁=-35.6kJ•mol^-1
②CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-890.3kJ•mol^-1
③CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H₃=247.3kJ•mol^-1
結(jié)合蓋斯定律計(jì)算，①×2-②×$\frac{1}{2}$-③可知反應(yīng)CH₄（g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂（g）△H=①×2-②×$\frac{1}{2}$-③×=250.3kJ•mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=250.3kJ•mol^-1；
（2）前20min的平均速率v（H₂）=$\frac{3}{2}$v（NH₃）=$\frac{3}{2}$×$\frac{0.2mol/L}{20min}$=0.015mol/L•min；
N₂ +3H₂ ?2NH₃ ，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，平衡正向進(jìn)行能提高反應(yīng)中N₂的平衡轉(zhuǎn)化率；
A．兩種反應(yīng)物中增加一種會提高另一種的轉(zhuǎn)化率，本身轉(zhuǎn)化率減小，增加N₂的濃度，氮?dú)廪D(zhuǎn)化率減小，故A錯誤；  
B．增加H₂的量會提高氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率，故B正確；
C．移出部分NH₃ ，減小生成物濃度，平衡正向進(jìn)行，氮?dú)廪D(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度，平衡逆向進(jìn)行，氮?dú)廪D(zhuǎn)化率減小，故D錯誤；
E．減小容器的容積，增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，氮?dú)廪D(zhuǎn)化率增大，故E正確；
 F．加入合適的催化劑改變反應(yīng)速率，步步改變化學(xué)平衡，氮?dú)廪D(zhuǎn)化率不變，故F錯誤；
故答案為：0.015mol/L•min；BCE；
（3）分析圖象變化，若t₁時改變的條件是升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；t₃時刻改變的條件是加入催化劑，改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡；t₄時刻正逆反應(yīng)速率減小，平衡逆向進(jìn)行，應(yīng)是增大體積減小壓強(qiáng)；平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨濃度、壓強(qiáng)變化，依據(jù)條件改變和平衡移動方向分析，NH₃的體積分?jǐn)?shù)最小的一段時間為 t₅→t₆，化學(xué)平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨濃度，壓強(qiáng)變化，所以最大的一段時間t₀→t₁；上述分析可知t₄改變的條件是 減小壓強(qiáng)；
故答案為：D；A；減小壓強(qiáng)；
（4）甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液），燃料甲烷做原電池負(fù)極反應(yīng)物失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，原電池的總為CH₄+2OH^-+2O₂=CO₃^2-+3H₂O，所以反應(yīng)過程中消耗氫氧根離子，溶液PH減小，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；變�。�

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算判斷，熱化學(xué)方程式書寫和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，平衡影響因素的分析判斷，原電池、電解池原理的計(jì)算應(yīng)用和電極書寫方法，圖象分析方法是解題關(guān)鍵，題目難度中等．