Question

【題目】工業(yè)上CO2、CH4等含碳化合物有著重要的應用。

（1）科學家以CH4為原料來制備乙烯，同時得到氫氣。已知相關物質(zhì)的標準燃燒熱如下表所示，寫出甲烷制備乙烯的熱化學方程式：__。

物質(zhì)	標準燃燒熱/kJ·mol-1
氫氣	-285.8
甲烷	-890.3
乙烯	-1411.0

（2）在400℃時，向初始體積為1L的恒容密閉反應器中充入1molCH4，發(fā)生上述反應，測得平衡混合氣體中C2H4的體積分數(shù)為20.0%。

①該溫度下，平衡常數(shù)K=__。

②若向該平衡體系中充入等物質(zhì)的量的CH4和H2，則平衡將___（填“正向移動”或“逆向移動”或“不移動”成“無法確定”），理由是__。

（3）科學家用氮化鎵材料與銅組裝成如圖所示的人工光合系統(tǒng)實現(xiàn)CO2的再利用。

①該電化學裝置屬于__（填“原電池”或“電解池”）。

②該電池的Cu電極上發(fā)生反應的電極方程式為__。

Answer 1

【答案】2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH=+202.0kJ·mol-1 0.25 不移動 反應平衡常數(shù)的表達式為K=，上述平衡體系中c(CH4)=c(H2)，充入等物質(zhì)的量的甲烷和氫氣，兩者濃度仍然相等，故Qc=K，平衡不移動 原電池 CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O

【解析】

（1）按相關物質(zhì)的標準燃燒熱寫熱化學方程式、運用蓋斯定律可寫出甲烷制備乙烯的熱化學方程式；

（2）按照初始體積為1L的恒容密閉反應器中充入1molCH4、平衡混合氣體中C2H4的體積分數(shù)為20.0%；

①通過三段式計算該溫度下的平衡常數(shù)K；

②若向該平衡體系中充入等物質(zhì)的量的CH4和H2，通過濃度商與平衡常數(shù)的大小，判斷；

（3）結合圖示信息回答；

①該電化學裝置原電池；

②Cu電極上CO2轉(zhuǎn)化為CH4，可據(jù)此寫電極方程式為；

（1）已知：①②③甲烷制備乙烯的化學方程式為：2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)，反應可由②×2③①×2得到，根據(jù)蓋斯定律，反應的焓變?yōu)?/span>ΔH =2ΔH 2ΔH 32ΔH 1=+202.5kJ/mol；

答案為：2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH=+202.0kJ·mol-1；

（2）按照初始體積為1L的恒容密閉反應器中充入1molCH4、平衡混合氣體中C2H4的體積分數(shù)為20.0%；

①；

答案為：0.25；

②由上計算可知，平衡體系中c(CH4)=c(H2)=0.5mol/L，若向該平衡體系中充入等物質(zhì)的量的CH4和H2，則c(CH4)和c(H2)仍然相等，可計算濃度商，Qc==K，則平衡不移動；

答案為：不移動；反應平衡常數(shù)的表達式為K=，上述平衡體系中c(CH4)=c(H2)，充入等物質(zhì)的量的甲烷和氫氣，兩者濃度仍然相等，Qc=K，故平衡不移動；

（3）①結合圖示信息該裝置沒有外接電源，該電化學裝置為原電池；

答案為：原電池；

②電池的Cu電極上CO2轉(zhuǎn)變成CH4，是還原反應，據(jù)此可寫電極方程式為CO2+8e-+8H+=CH4；

答案為：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。