Question

【題目】一定量的CH4在恒壓密閉容器中發(fā)生反應：CH4(g)C(s) + 2H2(g)。平衡時，體系中各氣體體積分數與溫度的關系如圖所示：

（1）已知甲烷、碳、氫氣的燃燒熱分別為890.31kJ/mol、395.00kJ/mol、285.80kJ/mol，則該反應的反應熱△H=__________。

（2）下列能說明反應一定達到平衡狀態(tài)的是_______。

a.H2和CH4的體積分數相等 b．混合氣體的平均相對分子質量不變

c．混合氣體的密度不變 d．氣體總壓強不再變化

e．碳的質量不再改變

（3）T2℃時，若在平衡體系中充入惰性氣體，此時反應速率________（填“變大”、“變小”或“不變”），且v正_______v逆(填“>”、“<”或“=”)。

（4）T4℃時，若在平衡體系中充入等體積的H2和CH4，則平衡_____移動，其理由是_______。

（5）T3℃時，反應達平衡后CH4的轉化率為____________。

（6）CH4能催化重整轉化為CO和H2，下圖是一種熔融碳酸鹽燃料電池示意圖，電極A上CO參與電極反應方程式為____________________。

Answer 1

【答案】 +76.29kJ/mol b、c、e 變小 > 不移動 H2、CH4的濃度不變 25% CO-2e-+CO32-=2CO2

【解析】(1)碳單質、氫氣、甲烷的燃燒熱(△H)分別為-393.5kJ/mol、-285.8kJ/mol、-890.3kJ/mol，則它們的熱化學反應方程式分別為：①C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-395.0kJ/mol；②H2(g)+ O2(g)═H2O(l)△H=-285.80kJ/mol；③CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.31kJ/mol；根據蓋斯定律，由①+②×2-③得，C(s)+2H2(g)=CH4(g)，△H=[(-395.0kJ/mol)+(-285.8kJ/mol)×2]-(-890.31kJ/mol)=-76.29kJ/mol，則CH4(g)C(s) +2H2(g) △H=+76.29kJ/mol，故答案為：+76.29kJ/mol；

(2)a.H2和CH4的體積分數相等，不表示濃度不變，不能說明達到平衡狀態(tài)，錯誤；b．該反應的氣體的質量和物質的量均發(fā)生變化，混合氣體的平均相對分子質量不變，能夠說明達到平衡狀態(tài)，正確；c．該反應中氣體的質量變化，而體積不變，混合氣體的密度不變，能夠說明達到平衡狀態(tài)，正確；d．在恒壓密閉容器中壓強始終不變，不能說明達到平衡狀態(tài)，錯誤；e．碳的質量不再改變，說明其他物質的質量也不變，能夠說明達到平衡狀態(tài)，正確；故選bce；

(3)T2℃時，若在平衡體系中充入惰性氣體，容器的體積增大，相當于減小壓強，反應速率變小，平衡正向移動，v正＞v逆，故答案為：變��；>；

(4)根據圖像，T4℃時，H2和CH4的體積分數相等，若在平衡體系中充入等體積的H2和CH4，H2、CH4的濃度不變，平衡不移動，故答案為：不移動； H2、CH4的濃度不變；

(5)根據圖像，T3℃時，平衡時，甲烷的體積分數為60%，根據CH4(g)C(s) +2H2(g)，設反應的甲烷的物質的量為x，甲烷的總量為1mol，則 ×100%=60%，解得：x=0.25mol，則平衡后CH4的轉化率為 ×100%=25%，故答案為：25%；

(6)電解質沒有OH-，負極反應為：H2+CO32--2e-=H2O+CO2 ，CO-2e-+CO32-=2CO2，故答案為： CO-2e-+CO32-=2CO2。