Question

【题目】甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题：

（1）以天然气为原料制H2是合成氨的一条重要的路线。甲烷的部分氧化可得到合成氨的原料气H2，其反应式如下：①CH（g）+1/2O（g）══CO（g）+2H（g） ΔH1＝－35.6kJ·mol，试判断常温下,上述反应能否自发进行:___________(填”能”或”否”)。

有研究认为甲烷部分氧化的机理为：

②CH（g）+2O（g）＝CO2（g）+2H2O（g） ΔH2＝－890.3kJ·mol；

③CH（g）+CO（g）＝2CO（g）+2H（g） ΔH3＝+247.3kJ·mol，请结合以上三个反应与条件写出CH4和H2O（g）生成CO和H2的热化学反应方程式：________________________________。

（2）恒温下，向一个2L的密闭容器中充入1 mol N2和2.6 molH2，反应过程中对NH3的浓度进行检测，得到的数据如下表所示：

时间/min	5	10	15	20	25	30
c(NH3)/( mol ·/L-1)	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

此条件下,该反应达到化学平衡时,氮气的浓度为_______________。

（3）如下图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液），通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。

①b处电极上发生的电极反应式是_____________________________。

②电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH___________（填写“变大”、“变小”或“不变”，下同），装置Ⅱ中Cu的物质的量浓度___________________。

③若完全反应后，装置Ⅱ中阴极质量增加12.8g，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷_________L （标准状况下）。

Answer 1

【答案】 能 CH（g）+H2O（g）＝CO（g）+3H2（g）ΔH＝+250.3kJ·mol 0.4 mol ·L-1 O2＋2H2O＋4e－=4OH- 变小 不变 1.12

【解析】（1）该反应为一个熵增的放热反应，可以自发进行；通过盖斯定律，首先写出目标反应CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)，该反应等于(①×4-②-③)，故ΔH=((-35.6)×4-(-890.3)-247.3)=250.3KJ/mol；

（2）

	N2+3H22NH3
始态mol/L	0.5	1.3	0
反应mol/L	0.1	0.3	0.20
终态mol/L	0.4	1.0	0.20

（3）铁棒镀铜，可以确定Cu为阳极，Fe为阴极，整个电镀过程中电解质浓度没有变化；

左边为燃料电池，a为负极，甲烷失电子，b为正极，发生还原反应O2＋2H2O＋4e－=4OH-，整个过程中KOH的量不变，但有水生成，浓度减小，pH变小。根据得失电子守恒可以确定，消耗甲烷为1.12L