Question

已知反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2kJ/mol，生成的CO₂與H₂以不同的體積比混合時在合適條件下的反應(yīng)可制得CH₄．
（1）850℃時在一體積為10L的恒容密閉容器中，通入一定量的CO和H₂O（g），CO和H₂O（g）濃度變化如右圖所示，下列說法正確的是______（填序號）．
A．達(dá)到平衡時，反應(yīng)體系最終會放出49.44kJ熱量
B．第4min時，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化，可判斷已達(dá)到平衡
C．第6min時，若升高溫度，反應(yīng)平衡常數(shù)會增大
D．第8min時，若充入CO，會導(dǎo)致v_（正）＞v_（逆），平衡向正反應(yīng)方向移動
（2）850℃時，若在容積為2L的密閉容器中同時充入1.0mol CO、3.0mol H₂O、1.0mol CO₂和x mol H₂．若要使上述反應(yīng)開始時向正反應(yīng)方向進(jìn)行，則x應(yīng)滿足的條件是______．
（3）如將H₂ 與CO₂以4：1的體積比混合，在適當(dāng)?shù)臈l件下可制得CH₄．已知：
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
H₂（g）+O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol
則CO₂（g）與H₂（g）反應(yīng)生成CH₄（g）與液態(tài)水的熱化學(xué)方程式是______．
（4）熔融鹽燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，以CH₄為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料為電極．負(fù)極反應(yīng)式為______，正極反應(yīng)式為______．為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定．為此電池工作時必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)，則A物質(zhì)的化學(xué)式是______．實驗過程中，若通入了標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣448L（假設(shè)空氣中O₂體積分?jǐn)?shù)為20%），則熔融鹽燃料電池消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下CH₄______L．

Answer 1

【答案】分析：（1）A．根據(jù)一氧化碳或水蒸氣與反應(yīng)熱的關(guān)系計算；
B．相對分子質(zhì)量與其摩爾質(zhì)量在數(shù)值上相等，根據(jù)質(zhì)量和物質(zhì)的量計算其摩爾質(zhì)量；
C．升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，根據(jù)反應(yīng)物和生成物濃度變化判斷；
D．增大反應(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動；
（2）要使平衡向正反應(yīng)方向移動，則濃度商應(yīng)該大于平衡常數(shù)；
（3）根據(jù)蓋斯定律計算；
（4）負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)；二氧化碳參加反應(yīng)，所以要不斷補充二氧化碳，根據(jù)氧氣和甲烷之間的關(guān)系式計算．
解答：解：（1）A．1.2mol水蒸氣參加反應(yīng)，通常條件下放出的熱量為41.2kJ/mol×1.2mol=49.44kJ，故A正確；
B．由圖可知4min時到達(dá)平衡，隨反應(yīng)進(jìn)行，混合氣體總質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量不變，平均相對分子質(zhì)量始終不變，所以不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，故B錯誤；
C．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，平衡常數(shù)減小，故C錯誤；
D．第8min時，若充入CO，反應(yīng)物濃度增大，會導(dǎo)致v_（正）＞v_（逆），平衡向正反應(yīng)方向移動，故D正確；
故選AD；
（2）由圖可知，平衡時CO的濃度為0.08mol/L，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol/L）：0.2    0.3       0       0      
變化（mol/L）：0.12   0.12      0.12    0.12
變化（mol/L）：0.08   0.18      0.12    0.12
故平衡常數(shù)k==1，
平衡向正反應(yīng)方向移動，濃度商小于平衡常數(shù)，即＜1，解得x＜3，
故答案為：x＜3；
（3）已知：①CH₄ （g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
②H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol
由蓋斯定律，②×4-①得CO₂（g）+4H₂（g）═CH₄ （g）+2H₂O（l）△H=-252.9 kJ/mol  
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）═CH₄ （g）+2H₂O（l）△H=-252.9 kJ/mol；
（4）負(fù)極上甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，可以循環(huán)利用的物質(zhì)只有二氧化碳（CO₂），所以要不斷補充二氧化碳，
根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等計算，若通入了標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣448L（假設(shè)空氣中O₂體積分?jǐn)?shù)為20%），則熔融鹽燃料電池消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下CH₄體積==44.8L，
故答案為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；CO₂；44.8．
點評：本題考查較綜合，涉及原電池原理、蓋斯定律、化學(xué)平衡移動等知識點，難度較大，這些都是考試熱點，要重點掌握．