Question

【題目】科學(xué)家積極探索新技術(shù)對CO2進(jìn)行綜合利用, CO2可用來合成低碳烴。

CO2(g) +4H2(g) CH4(g) + 2H2O(g) ΔH= a kJ/mol

(1)已知：①4H2（g）+ 2O2（g）=4H2O（g） △H=-967.2kJ/mol．

②CH4(g) + 2O2(g) =CO2(g) + 2H2O(g) ΔH=-802.0 kJ/mol．

請回答：①②這兩個反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢均很大，其原因是__________________； a=____________kJ/mol。

(2)在體積為1L的密閉剛性容器中，充入4mol H2和1mol CO2，測得溫度對CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和催化劑催化效率的影響如圖1所示。

①已知M點總壓為1MPa，該反應(yīng)在此溫度下的平衡常數(shù)Kp=______MPa-2。(Kp是用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)，氣體分壓=氣體總壓×體積分?jǐn)?shù)。）

②欲增加二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有__________。

A．通入惰性氣體 B．提高溫度

C．增加二氧化碳濃度 D．增加氫氣濃度

③下列說法正確的是_________。

A．平衡常數(shù)大小：KN>KM

B．其他條件不變，若不使用催化劑，則250℃ 時CO2的平衡轉(zhuǎn)化率可能位于點M1

C．圖1中M點時，甲烷的體積分?jǐn)?shù)為12.5%

D．當(dāng)壓強(qiáng)或n( H2)/n(CO2)不變時均可證明化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)

(3)新型高效的甲烷燃料電池工作時總反應(yīng)式：CH4+2O2=CO2+2H2O。

①該電池的負(fù)極是___________(填a或b)，②負(fù)極電極反應(yīng)式為___________；

Answer 1

【答案】兩個反應(yīng)都放出大量的熱 -165.2 1 D C a CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+

【解析】

(1)已知：①4H2(g)+ 2O2(g)=4H2O(g) △H=-967.2kJ/mol，②CH4(g) + 2O2(g) =CO2(g) + 2H2O(g) ΔH=-802.0 kJ/mol，由蓋斯定律可知①-②得CO2(g) +4H2(g) CH4(g) + 2H2O(g)，由此計算 ΔH；

(2)①已知M點總壓為1MPa，CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，則：

平衡體系中CO2的體積分?jǐn)?shù)為=，H2的體積分?jǐn)?shù)為=，CH4的體積分?jǐn)?shù)為=，H2O的體積分?jǐn)?shù)為，由此計算該反應(yīng)在此溫度下的平衡常數(shù)Kp；

②欲增加二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率，常通過控制反應(yīng)條件促進(jìn)平衡正向移動即可；

③A．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡逆向進(jìn)行；

B．根據(jù)圖象分析；

C．圖中M點時二氧化碳的轉(zhuǎn)化率50%，結(jié)合化學(xué)平衡三行計算列式得到；

D．混合氣體的質(zhì)量不變，體積不變，所以混合氣體的密度始終不變；

(3)燃料電池通O2的極為正極，負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，且外電路電子由負(fù)極流向正極。

(1)因①②這兩個反應(yīng)兩個反應(yīng)都放出大量的熱，則從熱力學(xué)角度分析，這兩個反應(yīng)趨勢均很大；已知：①4H2(g)+ 2O2(g)=4H2O(g) △H=-967.2kJ/mol，②CH4(g) + 2O2(g) =CO2(g) + 2H2O(g) ΔH=-802.0 kJ/mol，由蓋斯定律可知①-②得CO2(g) +4H2(g) CH4(g) + 2H2O(g)，則ΔH=(-967.2kJ/mol)-(-802.0 kJ/mol)=-165.2 kJ/mol= a kJ/mol，即a=-165.2；

(2)①已知M點總壓為1MPa，CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，則：

平衡體系中CO2的體積分?jǐn)?shù)為=，H2的體積分?jǐn)?shù)為=，CH4的體積分?jǐn)?shù)為=，H2O的體積分?jǐn)?shù)為，由此計算該反應(yīng)在此溫度下的平衡常數(shù)Kp= MPa-2=1MPa-2；

②A．在恒溫恒容條件下，通入惰性氣體，壓強(qiáng)增大，但不改變反應(yīng)體系各物質(zhì)的濃度，不改變反應(yīng)速率，平衡不移動，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故A錯誤；

B．正反應(yīng)放熱，提高溫度，平衡逆向移動，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故B錯誤；

C．增加二氧化碳濃度，平衡正向移動，H2的轉(zhuǎn)化率增加，而二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故C錯誤；

D．增加氫氣濃度，平衡正向移動，H2的轉(zhuǎn)化率降低，而二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率增加，故D正確；

故答案為D；

③A．升高溫度二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率減低，則升溫平衡逆向移動，所以M化學(xué)平衡常數(shù)大于N，故A錯誤；

B．由圖象可知，其他條件不變，若不使用催化劑，則250℃時CO2的平衡轉(zhuǎn)化率可能位于點M，故B錯誤；

C．圖1中M點時，由①的解析知甲烷的體積分?jǐn)?shù)為=12.5%，故C正確；

D．混合氣體的質(zhì)量不變，體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能根據(jù)混合氣體的密度來判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯誤；

故答案為C；

(3)①有甲烷燃料電池總反應(yīng)式：CH4+2O2=CO2+2H2O可知，通O2的極為正極，且外電路電子由負(fù)極流向正極，則a極為負(fù)極；

②負(fù)極上CH4發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+。