Question

【題目】一定量的CH4在恒壓密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：CH4(g)C(s) + 2H2(g)。平衡時(shí)，體系中各氣體體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)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(yīng)的反應(yīng)熱△H=__________。

（2）下列能說明反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是_______。

a.H2和CH4的體積分?jǐn)?shù)相等 b．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

c．混合氣體的密度不變 d．氣體總壓強(qiáng)不再變化

e．碳的質(zhì)量不再改變

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

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

（5）T3℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡后CH4的轉(zhuǎn)化率為____________。

（6）CH4能催化重整轉(zhuǎn)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(yīng)方程式為____________________。

Answer 1

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

【解析】(1)碳單質(zhì)、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(xué)反應(yīng)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(jù)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?jǐn)?shù)相等，不表示濃度不變，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；b．該反應(yīng)的氣體的質(zhì)量和物質(zhì)的量均發(fā)生變化，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，能夠說明達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；c．該反應(yīng)中氣體的質(zhì)量變化，而體積不變，混合氣體的密度不變，能夠說明達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；d．在恒壓密閉容器中壓強(qiáng)始終不變，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；e．碳的質(zhì)量不再改變，說明其他物質(zhì)的質(zhì)量也不變，能夠說明達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；故選bce；

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

(4)根據(jù)圖像，T4℃時(shí)，H2和CH4的體積分?jǐn)?shù)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(dòng)，故答案為：不移動(dòng)； H2、CH4的濃度不變；

(5)根據(jù)圖像，T3℃時(shí)，平衡時(shí)，甲烷的體積分?jǐn)?shù)為60%，根據(jù)CH4(g)C(s) +2H2(g)，設(shè)反應(yīng)的甲烷的物質(zhì)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(zhuǎn)化率為 ×100%=25%，故答案為：25%；

(6)電解質(zhì)沒有OH-，負(fù)極反應(yīng)為：H2+CO32--2e-=H2O+CO2 ，CO-2e-+CO32-=2CO2，故答案為： CO-2e-+CO32-=2CO2。