Question

【题目】（1）2017年5月，我国在南海成功开采“可燃冰”(甲烷水合物)，标志着在技术方面取得了突破性进展。甲烷是优质的清洁能源，综合开发利用能有效缓解大气污染问题。

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

则1mol CH4(g)不完全燃烧生成CO和H2O(l) 的热化学方程式为：________________。

（2）甲烷转化为CO和H2的反应为：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH>0。

①一定条件下，CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如下图1所示。则P1________P2(填“<”、“>”或“=”) ；A、B、C 三点处对应的平衡常数(KA、KB、KC)由大到小的顺序为___________________。

②将CH4和H2O(g)按等物质的量混合，一定条件下反应达到平衡，CH4转化率为50%。则反应前与平衡后，混合气体的平均相对分子质量之比为________________。

（3）甲烷燃料电池工作原理如上图2所示。a气体是______________，b气体通入电极的反应式为__________。

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（或氧气）CH4＋2H2O－8e-===CO2+8H＋

【解析】

（1）由盖斯定律计算可得CH4(g)不完全燃烧生成CO和H2O(l)的热化学方程式；（2）该反应是化学化学计量数增大的吸热反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，升高温度，平衡向正反应方向移动；由三段式计算得到平衡时各物质的物质的量，结合质量守恒定律求得平衡时混合气体的平均相对分子质量，由此可得反应前与平衡后混合气体的平均相对分子质量之比；（3）由H+或e—的移动方向可知，a为正极、b为负极。

（1）给已知热化学方程式依次编号为①②③，由盖斯定律①—②×+③×2可得1mol CH4(g)不完全燃烧生成CO和H2O(l) 的热化学方程式CH4(g)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)，则ΔH＝ΔH1—ΔH2×+ΔH3×2=（-802kJ/mol）—（-566kJ·mol-1）×+（-44kJ·mol-1）×2=-607 kJ/mol；（2）①甲烷转化为CO和H2的反应为化学化学计量数增大的吸热反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，升高温度，平衡向正反应方向移动，由图可知，相同温度时，CH4的平衡转化率P1大于P2，则压强大小为P1小于P2；由图可知反应温度的大小顺序为：C＞B＞A，则对应的平衡常数由大到小的顺序为KC>KB>KA；②设起始CH4和H2O(g)的物质的量均为1mol，由题给数据建立如下三段式：

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

反应前混合气体的总物质的量为2mol，总质量为34g，平均相对分子质量为；平衡后混合气体的总物质的量为3mol，总质量为34g，平均相对分子质量为，则混合气体的平均相对分子质量之比为3:2；（3）由题给图示H+或e—的移动方向可知，燃料电池中a为正极、b为负极，则a气体是O2，在正极放电发生还原反应，b气体是CH4，在负极放电发生氧化反应，电极的反应式为CH4＋2H2O－8e-=CO2+8H＋。