Question

7．CH₄和H₂O（g）可發(fā)生催化重整反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．
（1）每消耗8gCH₄轉(zhuǎn)移3mol電子．
（2）已知：①2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₁=akJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂=bkJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=ckJ•mol^-1
④CH₄（g）+2H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₄
由此計算△H₄=c+3b-2akJ•mol^-1．
（3）T℃時，向1L恒容密閉容器中投入1molCH₄和1molH₂O（g），發(fā)生反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O?CO（g）+3H₂（g）
經(jīng)過tmin，反應(yīng)達(dá)到平衡．已知平衡時，c（CH₄）=0.5mol•L^-1
①0～tmin內(nèi)，該反應(yīng)的平衡反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{1.5}{t}$mol/（L•min）．
②T℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=6.75．
③當(dāng)溫度升高到（T+100）℃時，容器中c（CO）=0.75mol•L^-1，則該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
（4）一種熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理示意圖如圖：
①該放電過程中K⁺和Na⁺向電極B（填“A”或“B”）移動．
②該電池的負(fù)極反應(yīng)式為3H₂+CO+4CO₃^2--8e^-=3H₂O+5CO₂．

Answer 1

分析 （1）H₂O將CH₄氧化為CO，反應(yīng)中C元素化合價由-4價升高為+2價，化合價總共升高6價，該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移6e^-，結(jié)合n=$\frac{m}{M}$解答；
（2）根據(jù)已知方程式構(gòu)建目標(biāo)方程式④，根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)熱；
（3）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CH₄），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（H₂）；
②化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；
③當(dāng)溫度升高到（T+100）℃時，容器中c（CO）=0.75mol•L^-1，CO濃度增多，所以平衡向正反應(yīng)方向移動，升高溫度平衡向吸熱的方向移動，據(jù)此分析解答；
（4）CH₄+2H₂O?CO+3H₂，原電池工作時，CO和H₂失電子在負(fù)極反應(yīng)，則A為負(fù)極，CO和H₂被氧化生成二氧化碳和水，正極B上為氧氣得電子生成CO₃^2-，以此解答該題．

解答 解：（1）8gCH₄的物質(zhì)的量為n=$\frac{m}{M}$=$\frac{8g}{16g/mol}$=0.5mol，CH₄和H₂O（g）可發(fā)生催化重整反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），反應(yīng)中C元素化合價由-4價升高為+2價，化合價總共升高6價，該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移6e^-，則0.5molCH₄反應(yīng)轉(zhuǎn)移3mol電子，
故答案為：3；
（2）①2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₁=akJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂=bkJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=ckJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律可知：③+②×3-①×2，得到④CH₄（g）+2H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）所以△H₄=（c+3b-2a）kJ•mol^-1，
故答案為：c+3b-2a；
（3）①向1L恒容密閉容器中投入1molCH₄和1molH₂O（g），發(fā)生反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O?CO（g）+3H₂（g），反應(yīng)開始c（CH₄）=1mol•L^-1，經(jīng)過tmin，反應(yīng)達(dá)到平衡．已知平衡時，c（CH₄）=0.5mol•L^-1，v（CH₄）=$\frac{0.5mol/L}{tmin}$=$\frac{0.5}{t}$mol/（L•min），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則v（H₂）=3v（CH₄）=3×$\frac{0.5}{t}$mol/（L•min）=$\frac{1.5}{t}$mol/（L•min），
故答案為：$\frac{1.5}{t}$mol/（L•min）；
②T℃時，1L恒容密閉容器中CH₄（g）+H₂O?CO（g）+3H₂（g）
                  起始量（mol）：1             1         0            0
                 變化量（mol）：0.5        0.5       0.5           1.5
                 平衡量（mol）：0.5         0.5      0.5           1.5
平衡常數(shù)K=$\frac{C（CO）×C（{H}_{2}）}{C（C{H}_{4}）×C（{H}_{2}O）}$=$\frac{（\frac{1.5}{t}）^{3}×（\frac{0.5}{t}）}{\frac{0.5}{t}×\frac{0.5}{t}}$=$\frac{6.75}{{t}^{2}}$=6.75，
故答案為：6.75；
③升高溫度平衡向吸熱的方向移動，T℃時，容器中c（CO）=0.5mol•L^-1，當(dāng)溫度升高到（T+100）℃時，容器中c（CO）=0.75mol•L^-1，CO濃度增多，平衡向正反應(yīng)方向移動，所以正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，
故答案為：吸熱；
（4）①原電池工作時，CO和H₂失電子在負(fù)極反應(yīng)，則A為負(fù)極，CO和H₂被氧化生成二氧化碳和水，電池工作時，陽離子向正極移動，B為正極，即K⁺和Na⁺向電極B移動，
故答案為：B；
②甲烷和水蒸氣反應(yīng)CH₄+2H₂O?CO+3H₂，原電池工作時，A為負(fù)極，負(fù)極上CO和H₂失電子發(fā)生了氧化反應(yīng)，CO和H₂被氧化生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)為：3H₂+CO+4CO₃^2--8e^-=3H₂O+5CO₂，B為正極，正極為氧氣得電子生成CO₃^2-，反應(yīng)為2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-，
故答案為：3H₂+CO+4CO₃^2--8e^-=3H₂O+5CO₂．

點(diǎn)評 本題考查了反應(yīng)熱的計算、化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)電源新型電池，掌握蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡移動的影響因素、明確原電池中物質(zhì)得失電子、電子流向、離子流向即可解答，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式書寫，要根據(jù)電解質(zhì)確定正負(fù)極產(chǎn)物，題目難度中等．