Question

【題目】（1）2017年5月，我國在南海成功開采“可燃冰”(甲烷水合物)，標志著在技術方面取得了突破性進展。甲烷是優(yōu)質的清潔能源，綜合開發(fā)利用能有效緩解大氣污染問題。

已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g) +2H2O(g) ΔH =- 802 kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH =-566kJ·mol-1

H2O(g)=H2O(l) ΔH =- 44kJ·mol-1

則1mol CH4(g)不完全燃燒生成CO和H2O(l) 的熱化學方程式為：________________。

（2）甲烷轉化為CO和H2的反應為：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH>0。

①一定條件下，CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如下圖1所示。則P1________P2(填“<”、“>”或“=”) ；A、B、C 三點處對應的平衡常數(shù)(KA、KB、KC)由大到小的順序為___________________。

②將CH4和H2O(g)按等物質的量混合，一定條件下反應達到平衡，CH4轉化率為50%。則反應前與平衡后，混合氣體的平均相對分子質量之比為________________。

（3）甲烷燃料電池工作原理如上圖2所示。a氣體是______________，b氣體通入電極的反應式為__________。

Answer 1

【答案】CH4(g)＋3/2O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)　ΔH＝-607 kJ/mol <KC>KB>KA3:2（或1.5）O2（或氧氣）CH4＋2H2O－8e-===CO2+8H＋

【解析】

（1）由蓋斯定律計算可得CH4(g)不完全燃燒生成CO和H2O(l)的熱化學方程式；（2）該反應是化學化學計量數(shù)增大的吸熱反應，增大壓強，平衡向逆反應方向移動，升高溫度，平衡向正反應方向移動；由三段式計算得到平衡時各物質的物質的量，結合質量守恒定律求得平衡時混合氣體的平均相對分子質量，由此可得反應前與平衡后混合氣體的平均相對分子質量之比；（3）由H+或e—的移動方向可知，a為正極、b為負極。

（1）給已知熱化學方程式依次編號為①②③，由蓋斯定律①—②×+③×2可得1mol CH4(g)不完全燃燒生成CO和H2O(l) 的熱化學方程式CH4(g)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)，則ΔH＝ΔH1—ΔH2×+ΔH3×2=（-802kJ/mol）—（-566kJ·mol-1）×+（-44kJ·mol-1）×2=-607 kJ/mol；（2）①甲烷轉化為CO和H2的反應為化學化學計量數(shù)增大的吸熱反應，增大壓強，平衡向逆反應方向移動，升高溫度，平衡向正反應方向移動，由圖可知，相同溫度時，CH4的平衡轉化率P1大于P2，則壓強大小為P1小于P2；由圖可知反應溫度的大小順序為：C＞B＞A，則對應的平衡常數(shù)由大到小的順序為KC>KB>KA；②設起始CH4和H2O(g)的物質的量均為1mol，由題給數(shù)據(jù)建立如下三段式：

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

n起（mol） 1 1 0 0

Δn（mol） 1×50% 1×50% 1×50% 3×50%

n平（mol） 0.5 0.5 0.5 1.5

反應前混合氣體的總物質的量為2mol，總質量為34g，平均相對分子質量為；平衡后混合氣體的總物質的量為3mol，總質量為34g，平均相對分子質量為，則混合氣體的平均相對分子質量之比為3:2；（3）由題給圖示H+或e—的移動方向可知，燃料電池中a為正極、b為負極，則a氣體是O2，在正極放電發(fā)生還原反應，b氣體是CH4，在負極放電發(fā)生氧化反應，電極的反應式為CH4＋2H2O－8e-=CO2+8H＋。