Question

【题目】能源是人类共同关注的重要问题，甲烷是一种洁净的能源。

(1)甲烷不仅能用作燃料，还可用于生产合成气(CO和H2)。CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H1。已知某些化学键的键能数据如下表：

化学键	C—H	H—H	C≡O	O—H
键能/kJ·mol－1	413	436	1076	463

则△H1=___________kJ·mol－1

(2)用合成气生成甲醇的反应为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H2，在2L恒容密闭容器中，按物质的量之比1：2充入CO和H2，测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如下图所示，

200℃时n(H2)随时间的变化如下表所示

t/min	0	1	2	3
n(H2)/mol	6.0	3.4	2.0	2.0

①△H2___________0(填“>”“<”或“=”)

②下列说法正确的是___________(填字母序号)。

a.达平衡后往容器中充入稀有气体，压强增大，平衡向正反应方向移动

b.降低温度，该反应的平衡常数变大

C.容器内气体密度不变，反应达到最大限度

d.图中压强p1>p2

③200℃时，该反应的平衡常数K=___________。

(3)甲烷、氧气和KOH溶液可组成燃料电池。则此燃料电池工作时，通入甲烷的电极为___________极，其电极反应式为______________________，通入氧气的电极反应式为：___________。

Answer 1

【答案】+194（或194） < b 2 负 CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O O2+4e-+2H2O=4OH-

【解析】

(1)根据△H和键能的关系计算；

(2)①由图示可知在恒压条件下，随着温度升高CO转化率降低，说明升高温度平衡逆向移动，即正反应为放热反应；

②a.达平衡后往容器中充入稀有气体，压强增大，但平衡不移动；

b. 正反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，平衡常数变大；

C.容器内气体密度不变，不能判断反应是否达到平衡状态；

d.由图示可知，在恒温恒容的条件下，增大压强，平衡向正反应方向移动，CO转化率增大，即图中压强p1<p2；

③由图表可知，2min后达到平衡状态，用三段式分析浓度改变，根据平衡常数K=计算。

(3) 甲烷燃料电池中，负极上投放燃料甲烷，发生失电子的氧化反应，正极上投放氧气，发生得电子的还原反应。

(1)根据△H和键能的关系，即△H=（413kJ/mol×4+463kJ/mol×2）-（1076kJ/mol+436kJ/mol×3）=+194kJ·mol－1；

因此，本题正确答案是：+194（或194）

(2)①由图示可知在恒压条件下，随着温度升高CO转化率降低，说明升高温度平衡逆向移动，即正反应为放热反应，△H2<0；

②a.达平衡后往容器中充入稀有气体，压强增大，但平衡不移动，故a错误；

b. 正反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，平衡常数变大，故b正确；

C.容器内气体密度不变，不能判断反应是否达到平衡状态，故c错误；

d.由图示可知，在恒温恒容的条件下，增大压强，平衡向正反应方向移动，CO转化率增大，即图中压强p1<p2，故d错误；

③由图表可知，2min后达到平衡状态

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始浓度（mol/L） 1.5 3 0

变化浓度（mol/L） 1 2 1

平衡浓度（mol/L） 0.5 1 1

200℃时，平衡常数K===2。

因此，本题正确答案是：<；b；2；

(3)在碱性溶液中，通入甲烷的电极为负极，发生失电子的氧化反应：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，正极上投放氧气，发生得电子的还原反应：O2+4e-+2H2O=4OH-，

CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；O2+4e-+2H2O=4OH-。

因此，本题正确答案是：负；CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；O2+4e-+2H2O=4OH-。