Question

【题目】（1）CH4可用于设计燃料电池，甲烷燃料电池的工作原理如图（左）所示：原电池工作过程中OH－的作用是_______________；负极电极反应式为：_____________。若电路中转移电子数为0.8NA，左侧溶液中pH________（填“增大”，“减小”，”不变”）（忽略溶液体积的变化），右侧的OH－物质的量变化量为_________。

（2）CH4与H2O在隔绝空气、高温和催化剂条件下反应：

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

则反应的平衡常数表达式K＝______________，K的大小与温度（T）的关系如上图（右）中曲线所示，则m__________0（填“＞”“＝”或“＜”）；改变某一条件，使状态从a点到达b点，若保持温度不变，反应再次达到平衡时，则CH4的转化率___________（填“增大”、“减小”、“不变”或“不确定”），反应的焓变（△H）将_______________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

Answer 1

【答案】（1）参与电极反应，定向移动形成电流（各1分，共2分）；

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

（2）（2分）；＞（2分）；不确定（2分）；不变（2分）

【解析】

试题分析：（1）甲烷失去电子转化为CO2，CO2结合氢氧根生成碳酸根，则氢氧根的作用是参与电极反应，定向移动形成电流；负极通入甲烷，电极反应式为CH4－8e－＋10OH－＝CO3－＋7H2O；。若电路中转移电子数为0.8NA，正极消耗氧气是0.2mol，生成氢氧根是0.8mol，由于生成的氢氧根向负极移动，所以左侧溶液中pH不变”。根据负极电极反应式可知右侧甲烷消耗1mol氢氧根，所以右侧的OH－物质的量变化量为1mol－0.8mol＝0.2mol。

（2）化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，则根据方程式CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）可知反应的平衡常数表达式K＝，根据图像可知升高温度K增大，所以正反应是吸热反应，m＞0；由于不能确定改变的条件，所以使状态从a点到达b点，若保持温度不变，反应再次达到平衡时，不能确定CH4的转化率如何变化；焓变只与反应物和生成物总能量的相对大小有关系，所以△H不变。