Question

甲烷是工業(yè)上常用的化工原料
（1）以CH₄為原料制取H₂是工業(yè)上常用的制氫方法，熱化學(xué)方程式為：
CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ?mol^-l．一定溫度下，將CH₄和H₂O（g）各0.11mol充入IL恒容密閉容器中：
①若平衡時壓強(qiáng)與初始壓強(qiáng)比為21：11，則平衡時H₂的體積分?jǐn)?shù)

 

．
②保持其它條件不變，只改變下列條件能使H₂的體積分?jǐn)?shù)增大的是

 

．
A．使用高效催化劑    B．充入He（g），增大壓強(qiáng)  C．升高溫度    D．向容器中再充入1mol CO和3mol H₂
③保持上述溫度和體積不變，初始投入CH₄、H₂O（g）、CO、H₂各為0.04mol、0.04mol、X、Y，若平衡時氫氣的體積分?jǐn)?shù)保持不變，則X為

 

 mol、Y為

 

mol．
在此情況下，反應(yīng)起始將向_

 

（填“正”或“逆”）反應(yīng)方向進(jìn)行．
④已知：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ?mol^-l，寫出由CO₂和CH₄反應(yīng)生成CO和H₂的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）以甲烷和氧氣為燃料，氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)溶液構(gòu)成電池．負(fù)極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)電源新型電池

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）①利用三段式法，結(jié)合容器體積不變時氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比求算平衡時氣體物質(zhì)的量；
②依據(jù)勒夏特列原理分析平衡移動的方向解答；
③恒溫恒容下，若平衡時氫氣的體積分?jǐn)?shù)保持不變，則為等效平衡；
④根據(jù)已知熱化學(xué)方程式，依據(jù)蓋斯定律解答；
（2）甲烷燃料電池中，負(fù)極是甲烷在燃燒，堿性環(huán)境中生成碳酸根．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）
開始（mol） 0.11    0.11       0        0
轉(zhuǎn)化（mol）  x        x        x       3x
平衡（mol）0.11-x   0.11-x    x        3x
容器體積不變時氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，有

0.11-x+0.11-x+x+3x

0.11+0.11

=21：11，x=0.1，
所以平衡時氫氣的體積分?jǐn)?shù)為

3×0.1

0.01+0.01+0.1+0.3

×100%=71.4%，
故答案為：71.4%；
②A、催化劑不影響平衡移動，故A錯誤；
B、充入氦氣增大壓強(qiáng)，平衡不發(fā)生移動，故B錯誤；
C、升高溫度平衡向吸熱的正向移動，氫氣的體積分?jǐn)?shù)增大，故C正確；
D、再充入1mol CO和3mol H₂容器內(nèi)壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減小的逆向移動，氫氣體積分?jǐn)?shù)減小，故D錯誤；
故選C；
③恒溫恒容下，若平衡時氫氣的體積分?jǐn)?shù)保持不變，則為等效平衡，反應(yīng)前后氣體體積不同，所以必須完全等效，及CO和氫氣完全轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物甲烷和水各為為0.11mol，有0.04mol+X=0.04mol+

Y

3

=0.11，則X=0.07mol，Y=0.21mol；據(jù)①問知，平衡時甲烷等各物質(zhì)的物質(zhì)的量分別為0.01mol、0.01mol、0.1mol0.3mol，可見開始時平衡正向移動，故答案為：0.07；0.21；正；
④已知：（1）CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ?mol^-l，（2）CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ?mol^-l．
據(jù)蓋斯定律（2）×2-（1）得：CO₂（g）+CH₄（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.0 kJ?mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+CH₄（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.0 kJ?mol^-1；
（2）甲烷熱量電池在堿性環(huán)境中生成碳酸根，并且有氫氧根離子參加反應(yīng)，據(jù)C的化合價反應(yīng)前-4價，反應(yīng)后+4價知每mol甲烷失8mol電子，據(jù)電荷守恒和原子守恒配平后為：CH₄-8 e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案為：CH₄-8 e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．

點(diǎn)評：本題考查了利用三段式法的平衡計算、平衡移動、等效平衡的計算、蓋斯定律、電極反應(yīng)式書寫，題目跨度大、難度中等．