Question

【题目】研究CO2与CH4的反应使之转化为CO和H2，对减缓燃料危机，减少温室效应具有重要的意义。

(1)已知CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) △H＝＋248kJ·mol－1、△S＝310J mol-1·K-1，该反应能自发进行的温度范围为____________________。

(2)在密闭恒容容器中通入物质的量浓度均为0.1 mol·L－1的CH4与CO2，在一定条件下发生反应

CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

①工业生产时一般会选用P4和1250℃进行合成，请解释其原因__________________________。

②在压强为P4、1100℃的条件下，该反应5min时达到平衡点X，则用CO表示该反应的速率为________________，该温度下，反应的平衡常数为_____________________(保留3位有效数字)。

(3) CO和H2在工业上还可以通过反应C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2 (g)来制取，在恒温恒容下，如果从反应物出发建立平衡，可认定已达平衡状态的是________________________。

A．体系压强不再变化 B．H2、CO和H2O的物质的量之比为1:1:1

C．混合气体的密度保持不变 D．气体平均相对分子质量保持不变

(4) 甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解100mL 1mol·L -1食盐水,电解一段时间后,收集到标准状况下的氢气2.24L(设电解后溶液体积不变)。

①甲烷燃料电池的负极反应式: _____________________________________________

②电解后溶液的pH= __________________________(忽略氯气与氢氧化钠溶液反应)。

③阳极产生气体的体积在标准状况下是 __________________L

Answer 1

【答案】大于800K 较大的压强和温度能加快合成速率，提高生产效率 0.032mol·L－1·min－1 1.64 ACD CH4 +2H2O -8e-=CO2 +8H+ 14 1.68

【解析】

(1)根据计算反应能自发进行的温度范围；(2) ①工业生产要既要考虑反应的限度又要考虑反应速率；②利用“三段式”计算反应速率和平衡常数。(3)根据平衡标志分析；(4) ①酸性条件下，甲烷在负极失电子发生发生氧化反应，生成二氧化碳和氢离子；②食盐水中的氯化钠的物质的量是0.1mol，若按电解食盐水的化学方程式，当生成0.1mol氢气时，消耗0.2mol氯化钠，氯化钠不足，所以先电解饱和食盐水，后电解水。③根据得失电子守恒计算阳极产生气体的体积。

(1)根据，反应能自发进行，所以反应能自发进行；(2) ①较大的压强和温度能加快合成速率，提高生产效率，所以工业生产时选用P4和1250℃进行CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)反应。②

CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)

初始 0.1 0.1 0 0

转化 0.08 0.08 0.16 0.16

平衡 0.02 0.02 0.16 0.16

用CO表示该反应的速率为0.032mol·L－1·min－1 ；该温度下，反应的平衡常数为1.64 ； (3) A．该反应前后气体系数和是变量，所以气体总压强是变量，若体系压强不再变化，一定达到平衡状态，故选A； B．H2、CO和H2O的物质的量之比为1:1:1时，不一定不再改变，所以反应不一定达到平衡状态，故不选B； C．根据 ，气体质量是变量，所以密度是变量，混合气体的密度保持不变，一定达到平衡状态，故选C ； D．反应正向进行，气体平均相对分子质量减小，平均相对分子质量是变量，所以气体平均相对分子质量保持不变，一定达到平衡状态，故选D。(4) ①酸性条件下，甲烷在负极失电子发生发生氧化反应，生成二氧化碳和氢离子，负极反应式是CH4 +2H2O -8e-=CO2 +8H+；②食盐水中的氯化钠的物质的量是0.1mol，若按电解食盐水的化学方程式，当生成0.1mol氢气时，消耗0.2mol氯化钠，氯化钠不足，所以电解食盐水开始是Cl-和H+放电，Cl-放电完毕后是OH－放电。0.1mol氯化钠生成氢氧化钠的物质的量是0.1mol，氢氧化钠的浓度是 ，PH=14；③根据②的分析，阳极先生成0.05mol的氯气，再生成氧气，根据得失电子守恒，生成氧气0.025mol，所以标准状况下的体积是1.68L。