Question

（2010?濟(jì)南二模）我國(guó)在青藏高原發(fā)現(xiàn)了名為“可燃冰”的環(huán)保型新能源．?
（1）“可燃冰”屬于化石燃料，主要成分是CH₄．另外還有兩種化石燃料，它們的名稱分別是

煤

和

石油

．?
（2）CH₄可與Cl₂反應(yīng)，反應(yīng)歷程如下?
①Cl-Cl→2Cl△H=243kJ?mol^-1
②Cl?+CH₃-H→CH₃+H-Cl△H=4kJ?mol^-1
③?CH₃+Cl-Cl→CH₃--Cl+Cl?△H=-106kJ?mol^-1
則CH₄與Cl₂反應(yīng)生成CH₃-Cl（g）的熱化學(xué)方程式為

CH₄（g）+Cl₂（g）→CH₃Cl（g）+HCl（g）△H=-102 kJ?mol^-1

．
（3）CH₄可用于設(shè)計(jì)燃料電池，甲烷燃料電池的工作原理如圖1所示：

則通入CH₄的一極為原電池的

負(fù)極

（填“正極”或“負(fù)極”），正極的電極反應(yīng)式為

O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-

．
（4）CH₄與H₂O在隔絕空氣、高溫和催化劑條件下反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）

催化劑

高溫

 CO（g）+3H₂（g）△H=m kJ?mol^-1?則反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c(CO)c3(H2)

c(CH4)c(H2O)

，K的大小與溫度（T）的關(guān)系如圖2中曲線所示，則m

＞

0（填“＞”“=”或“＜”）；改變某一條件，使?fàn)顟B(tài)從a點(diǎn)到達(dá)b點(diǎn)，若保持溫度不變，反應(yīng)再次達(dá)到平衡時(shí)，則CH₄的轉(zhuǎn)化率

不確定

（填“增大”、“減小”、“不變”或“不確定”），反應(yīng)的焓變（△H）將

不變

（填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析：（1）化石燃料包括天然氣、煤、石油；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（3）燃料電池中燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（4）依據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)概念列式得到，用生成物平衡濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度的冪次方乘積；平衡常數(shù)隨溫度變化，依據(jù)圖象分析反應(yīng)熱量變化，a到b使?fàn)顟B(tài)從a點(diǎn)到達(dá)b點(diǎn)，若保持溫度不變，b點(diǎn)不是平衡，甲烷轉(zhuǎn)化率可能增大或減小；反應(yīng)焓變與始態(tài)和終態(tài)有關(guān)于變化過(guò)程無(wú)關(guān)；

解答：解：（1）化石燃料主要是天然氣、石油、煤；
故答案為：煤；石油；
（2）①Cl-Cl→2Cl△H=243kJ?mol^-1
②Cl?+CH₃-H→CH₃+H-Cl△H=4kJ?mol^-1
③?CH₃+Cl-Cl→CH₃--Cl+Cl?△H=-106kJ?mol^-1 ；
依據(jù)蓋斯定律②+③得到：CH₄（g）+Cl₂（g）→CH₃Cl（g）+HCl（g）△H=-102 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+Cl₂（g）→CH₃Cl（g）+HCl（g）△H=-102 kJ?mol^-1；
（3）甲烷燃料電池，燃料電池中燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電解質(zhì)溶液是氫氧化鉀溶液，正極電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-；
故答案為：負(fù)極；  O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-；?
（4）CH₄（g）+H₂O（g）

催化劑

高溫

CO（g）+3H₂（g）△H=m kJ?mol^-1；依據(jù)圖象分析隨溫度升高，平衡常數(shù)增大，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，m＞0；改變某一條件，使?fàn)顟B(tài)從a點(diǎn)到達(dá)b點(diǎn)，不是沉淀溶解平衡，實(shí)現(xiàn)此變化，甲烷轉(zhuǎn)化率可能減小或增大，所以不能確定；反應(yīng)焓變與始態(tài)和終態(tài)有關(guān)于變化過(guò)程無(wú)關(guān)；溫度不變焓變不變；
故答案為：

c(CO)c3(H2)

c(CH4)c(H2O)

；＞；  不確定；  不變；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的應(yīng)用，原電池的電極反應(yīng)分析，平衡常數(shù)分析判斷，沉淀溶解平衡的建立和影響因素，題目難度中等．