Question

甲烷和氨在國民經(jīng)濟中占有重要地位．

（1）制備合成氨原料氣H₂，可用甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化法，主要轉(zhuǎn)化反應如下：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ/mol
CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ/mol
上述反應所得原料氣中的CO能使氨合成催化劑中毒，必須除去．工業(yè)上常采用催化劑存在下CO與水蒸氣反應生成易除去的CO₂，同時又可制得等體積的氫氣的方法．此反應稱為一氧化碳變換反應，該反應的熱化學方程式是

 

．
（2）工業(yè)生產(chǎn)尿素的原理是以NH₃和CO₂為原料合成尿素[CO（NH₂）₂]，反應的化學方程式為：
2NH₃ （g）+CO₂ （g）?CO（NH₂）₂ （l）+H₂O （l），該反應的平衡常數(shù)和溫度關(guān)系如下：

T/℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

①反應熱△H（填“＞”、“＜”或“=”）

 

0．
②在一定溫度和壓強下，若原料氣中的NH₃和CO₂的物質(zhì)的量之比（氨碳比）

n(NH3)  .

n(CO2)

=x，圖1是氨碳比（x）與CO₂平衡轉(zhuǎn)化率（α）的關(guān)系．求圖中的B點處，NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率．
（3）已知甲烷燃料電池的工作原理如圖2所示．該電池工作時，a口放出的物質(zhì)為

 

，該電池
正極的電極反應式為：

 

，工作一段時間后，當3.2g甲烷完全反應生成CO₂時，有

 

mol 電子發(fā)生轉(zhuǎn)移．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,化學電源新型電池

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（2）①依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化結(jié)合化學平衡移動原理分析判斷反應焓變；
②依據(jù)化學平衡三段式列式計算得到；
（3）甲烷燃料電池裝置圖分析可知是酸性電解質(zhì)溶液，氫離子移動方向判斷為正極，a為負極是甲烷失電子發(fā)生氧化反應生成二氧化碳氣體；燃料電池是氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應，酸性溶液中生成水；依據(jù)電極反應計算電子轉(zhuǎn)移；

解答： 解：（1）①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ/mol
②CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律②-①得到CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2 kJ/mol；
故答案為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2 kJ/mol；
（2）①圖表數(shù)據(jù)分析，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明升溫平衡逆向進行，正反應是放熱反應，△H＜0；
故答案為：＜；
②依題意，可設(shè)反應容器的體積為1L，B點處n（NH₃）=4.0moL，n（CO₂）=1.0moL，當x=4時二氧化碳轉(zhuǎn)化率為64%；
                   2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）
起始濃度（mol/L）   4.0       1.0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）   1.28      0.64   
平衡濃度（mol/L）   2.72      0.36    
NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率  α（NH₃）=

1.28mol/L

4.0mol/L

×100%=32%；
答：B點處NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率32%；
（3）甲烷燃料電池裝置圖分析可知是酸性電解質(zhì)溶液，氫離子移動方向判斷為正極，a為負極是甲烷失電子發(fā)生氧化反應生成二氧化碳氣體；燃料電池是氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應，酸性溶液中生成水，電極反應為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，負極電極反應為CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂↑+8H⁺，當3.2g甲烷物質(zhì)的量為0.2mol完全反應生成CO₂時電子轉(zhuǎn)移為1.6mol；
故答案為：CO₂；O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，1.6；

點評：本題考查了熱化學方程式書寫和蓋斯定律的分析應用，化學平衡影響因素分析，平衡計算應用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．