Question

氨的合成是最重要的化工生產(chǎn)之一．
（1）合成氨用的氫氣，工業(yè)上可利用“甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)氫氣”，反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O（g）

高溫

催化劑

CO（g）+3H₂（g），已知有關(guān)反應(yīng)的能量變化如圖（1、2）：

則該反應(yīng)的焓變△H=

 

；
（2）已知溫度、壓強(qiáng)對(duì)甲烷平衡含量的影響如圖3，請(qǐng)回答：
①溫度對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)的影響是

 

；
②已知：在700℃，1MPa時(shí)，1mol CH₄與1mol H₂O在1L的密閉容器中反應(yīng)，6分鐘達(dá)到平衡，此時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為80%，用H₂表示的平均反應(yīng)速率為

 

，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)

 

（結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)字）；
③為進(jìn)一步提高CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率，下列措施中能達(dá)到目的是

 

；
a．提高反應(yīng)開(kāi)始時(shí)的水碳比[

n(H2O)

n(CH4)

]
b．使用更高效的催化劑       c．增大壓強(qiáng)
（3）金屬鋁與堿性溶液反應(yīng)也能生成氫氣，請(qǐng)寫出反應(yīng)的離子方程式

 

；
（4）直接供氨式堿性燃料電池的電池反應(yīng)式是4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，電解質(zhì)溶液一般使用KOH溶液，則負(fù)極電極反應(yīng)式是

 

，從理論上分析，該電池工作過(guò)程中

 

（填“需要”或“不需要”）補(bǔ)充KOH．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的調(diào)控作用,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,產(chǎn)物的百分含量隨濃度、時(shí)間的變化曲線

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律可以求得焓變；
（2）①根據(jù)圖象中甲烷含量隨溫度變化分析；
②根據(jù)甲烷的量求出生成的氫氣的量，然后求出氫氣的反應(yīng)速率；根據(jù)平衡時(shí)的濃度可以求得平衡常數(shù)；
③根據(jù)平衡移動(dòng)原理作判斷；
（3）根據(jù)元素守恒和電荷守恒寫出離子方程式；
（4）堿性電解質(zhì)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)兩極物質(zhì)的變化情況判斷KOH的情況．

解答： 解：（1）反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）

高溫

催化劑

CO（g）+3H₂（g），可由反應(yīng)①2CH₄（g）+3O₂（g）→2CO+4H₂O（g），②2H₂（g）+O₂（g）→2H₂O（g）合并而成，即

①-②×3

2

，根據(jù)蓋斯定律，結(jié)合圖中數(shù)據(jù)，可以求得焓變△H=

-564.3-(-241.8)×3

2

 kJ?mol^-1=+161.1 kJ?mol^-1，故答案為：+161.1 kJ?mol^-1；
（2）①由圖象可知，其他條件不變，升高溫度，反應(yīng)速率加快，甲烷的百分含量減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：其他條件不變，升高溫度，反應(yīng)速率加快，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
②參加反應(yīng)的CH₄為：1mol×80%=0.8mol，所以生成的氫氣為：n（H₂）=3n（CH₄）=2.4mol，v（H₂）=

△n V

t

=

2.4mol 1L

6min

=0.4 mol/（L?min），
在反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）

高溫

催化劑

CO（g）+3H₂（g）中，平衡時(shí)CH₄的物質(zhì)的量為1mol-0.8mol=0.2mol，依據(jù)化學(xué)方程式可知，H₂O的物質(zhì)的量為0.2mol，CO的物質(zhì)的量為0.8mol，H₂的物質(zhì)的量為2.4mol，而容器體積為1L，所以平衡常數(shù)為

0.8×2．43

0.2×0.2

=276.5，
故答案為：0.4 mol/（L?min）；276.5；
③a、增加一種物質(zhì)的濃度可以提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，故a正確；
b、催化劑對(duì)平衡沒(méi)有影響，不能改轉(zhuǎn)化率，故b錯(cuò)誤；
c、由于該反應(yīng)前后氣體體積不變，所以增大壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)，不能改變甲烷的轉(zhuǎn)化率，故c錯(cuò)誤；
故選a；
（3）金屬鋁與堿性溶液反應(yīng)也能生成氫氣的離子方程式為：2Al+2OH^-+6H₂O=2[Al（OH）₄]^-+3H₂↑，故答案為：2Al+2OH^-+6H₂O=2[Al（OH）₄]^-+3H₂↑；
（4）氨氣為堿性氣體，易與酸反應(yīng)，所以電解質(zhì)溶液應(yīng)呈堿性，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氨氣被氧化生產(chǎn)氮?dú)�，電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，因?yàn)樵谡龢O是氧氣得電子生成氫氧根離子，O₂+4e^-=4OH^-，所以溶液中氫氧根離子濃度不變，所以不需要補(bǔ)充KOH，故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，不需要．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了反應(yīng)熱的計(jì)算、反應(yīng)速率的計(jì)算、影響平衡的條件、電極反應(yīng)的書寫等知識(shí)，有一定的綜合性，中等難度．