Question

【题目】2017年11月16日，国土资源部召开新闻发布会，宣布天然气水合物，即“可燃冰”新矿种获得国务院批准，成为我国第173个矿种。“可燃冰”主要成分的分子式是CH4·8H2O，一旦温度升高或压强降低，甲烷气就会逸出，固体水合物便趋于崩解。“可燃冰”将成为人类的后续能源。

（1）将320 g可燃冰释放的甲烷完全燃烧生成液态水时，可放出1 780．6 kJ的能量，则表示甲烷燃烧热的热化学方程式是__________________。

（2）CH4不仅是优质的气体燃料，还能利用它和CO2重整，发生反应：CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)，获得合成气(主要成分为CO、H2)，从而减少温室气体的排放。在一定条件下CH4的平衡转化率与温度及压强(单位：Pa)的关系如图所示。则y点：v(正)____(填“>”、“＝”或“<”，下同)v(逆)；压强：p1____p2；该反应的ΔH____0。

（3）在恒温、p2下，在一容积可变的容器中，达到平衡状态x时四种气体的物质的量均为1 mol，若此时再充入四种气体各1 mol，则平衡____(填“向左”、“向右”或“不”)移动。

（4）一定条件下，CH4还可与NO2反应，改善雾霾天气，其化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)，在恒温恒容下，下列可以判断该反应达到平衡状态的是____(填序号)。

a．v逆(N2)＝2v正(H2O)

b．混合气体的密度不再变化

c．混合气体的物质的量不再变化

d．单位时间内有1 mol NO2消耗同时消耗1 mol CO2

e．混合气体的平均相对分子质量不变

f．CH4与CO2的物质的量之比不再发生变化

（5）在恒温恒容下，使1 mol CH4(g)与2 mol NO2反应，达平衡后，再往反应器中分别充入下列气体，可以使CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)中NO2转化率增大的是____(填序号)。

A．CH4　　　　　　　　　　　　　　 B．CO2

C．物质的量之比为1∶2的CH4与NO2　 D．N2

（6）CH4还可以运用到电化学中，某课外小组用CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料作电极，电浮选凝聚法处理污水，设计如图所示装置。则甲烷 燃料电池的总反应式为______。为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时必须有部分A物质参加循环(如图)，A物质的化学式是______。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=－890．3 kJ·mol－1 ＞ ＜ ＞ 不 cef A CH4+2O2CO2+2H2O CO2

【解析】

本题主要考查化学反应与能量变化以及化学平衡相关知识。

（1）320gCH4·8H2O可以释放出2molCH4，再根据燃烧热的定义解题；

（2）y点对应的甲烷转化率低于平衡时的转化率，反应应正向进行；该反应正向为气体体积增大的反应，减小压强，平衡正向移动，甲烷转化率增大；温度升高，甲烷转化率增大；

（3）恒温恒压条件下，同等增大各物质浓度，平衡不移动；

（4）依据“变量不变则平衡”原则判断化学反应是否达到平衡；

（5）根据“等效平衡”及勒夏特列原理判断；

（6）甲烷燃烧电池总反应为甲烷与氧气反应生成二氧化碳和水；根据电池正负极电极反应式判断需循环的物质。

（1）320g可燃冰可释放2mol甲烷，2mol甲烷完全燃烧放出1780.6kJ能量，则1mol甲烷完全燃烧放出890.3kJ能量，故甲烷燃烧热的热化学方程式为：CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=－890.3 kJ·mol－1；

（2）y点甲烷转化率低于平衡时甲烷转化率，故反应还需正向进行，故v(正)> v(逆)；该反应正向为气体体积增大的反应，减小压强，平衡正向移动，由p1到p2，甲烷转化率降低，即增大了压强，故p1<p2；升高温度，甲烷转化率升高，升高温度，平衡向吸热方向移动，故该反应的ΔH>0；

（3）恒温恒压条件下，同等增大各物质浓度，平衡不移动；

（4）a. 平衡时，2v逆(N2)＝v正(H2O)，故a错误；

b.反应过程中，气体总质量不变，恒容条件下气体总体积不变，故气体密度始终不变，错误；

c.该反应反应过程中，混合气体的总物质的量不断发生改变，若混合气体的物质的量不再变化，则反应达到平衡，正确；

d.平衡时，单位时间内有2 mol NO2消耗同时消耗1 mol CO2，错误；

e.反应进行过程中，混合气体总物质的量发生改变，气体总质量不变，若混合气体的平均相对分子质量不变，则反应达到平衡状态，正确；

f.甲烷和二氧化碳属于可逆反应中不同反应方向的反应物，比值会随着反应的进行而改变，故当CH4与CO2的物质的量之比不再发生变化，反应达到平衡状态；

（5）A.增大甲烷物质的量，NO2的转化率增大，正确；B. CO2为生成物，增大CO2的量，平衡逆向移动，NO2的转化率减小，错误；C.通入物质的量之比为1∶2的CH4与NO2的混合气体，相当于压强增大，平衡逆向移动，NO2转化率降低，错误；D.N2为生成物，增大N2的浓度，平衡逆向移动，NO2转化率减小，错误。

（6）根据甲烷与氧气反应生成CO2和H2O写出该总反应式为：CH4+2O2CO2+2H2O；该电池正极反应式为：，负极反应式为：，由此可知，物质A为CO2。