Question

【題目】甲烷作為一種新能源在化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）以天然氣為原料制H2是合成氨的一條重要的路線。甲烷的部分氧化可得到合成氨的原料氣H2，其反應(yīng)式如下：①CH（g）+1/2O（g）══CO（g）+2H（g） ΔH1＝－35.6kJ·mol，試判斷常溫下,上述反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行:___________(填”能”或”否”)。

有研究認(rèn)為甲烷部分氧化的機(jī)理為：

②CH（g）+2O（g）＝CO2（g）+2H2O（g） ΔH2＝－890.3kJ·mol；

③CH（g）+CO（g）＝2CO（g）+2H（g） ΔH3＝+247.3kJ·mol，請(qǐng)結(jié)合以上三個(gè)反應(yīng)與條件寫(xiě)出CH4和H2O（g）生成CO和H2的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：________________________________。

（2）恒溫下，向一個(gè)2L的密閉容器中充入1 mol N2和2.6 molH2，反應(yīng)過(guò)程中對(duì)NH3的濃度進(jìn)行檢測(cè)，得到的數(shù)據(jù)如下表所示：

時(shí)間/min	5	10	15	20	25	30
c(NH3)/( mol ·/L-1)	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

此條件下,該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí),氮?dú)獾臐舛葹?/span>_______________。

（3）如下圖所示，裝置Ⅰ為甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液），通過(guò)裝置Ⅱ實(shí)現(xiàn)鐵棒上鍍銅。

①b處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是_____________________________。

②電鍍結(jié)束后，裝置Ⅰ中溶液的pH___________（填寫(xiě)“變大”、“變小”或“不變”，下同），裝置Ⅱ中Cu的物質(zhì)的量濃度___________________。

③若完全反應(yīng)后，裝置Ⅱ中陰極質(zhì)量增加12.8g，則裝置Ⅰ中理論上消耗甲烷_________L （標(biāo)準(zhǔn)狀況下）。

Answer 1

【答案】 能 CH（g）+H2O（g）＝CO（g）+3H2（g）ΔH＝+250.3kJ·mol 0.4 mol ·L-1 O2＋2H2O＋4e－=4OH- 變小 不變 1.12

【解析】（1）該反應(yīng)為一個(gè)熵增的放熱反應(yīng)，可以自發(fā)進(jìn)行；通過(guò)蓋斯定律，首先寫(xiě)出目標(biāo)反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)，該反應(yīng)等于(①×4-②-③)，故ΔH=((-35.6)×4-(-890.3)-247.3)=250.3KJ/mol；

（2）

	N2+3H22NH3
始態(tài)mol/L	0.5	1.3	0
反應(yīng)mol/L	0.1	0.3	0.20
終態(tài)mol/L	0.4	1.0	0.20

（3）鐵棒鍍銅，可以確定Cu為陽(yáng)極，Fe為陰極，整個(gè)電鍍過(guò)程中電解質(zhì)濃度沒(méi)有變化；

左邊為燃料電池，a為負(fù)極，甲烷失電子，b為正極，發(fā)生還原反應(yīng)O2＋2H2O＋4e－=4OH-，整個(gè)過(guò)程中KOH的量不變，但有水生成，濃度減小，pH變小。根據(jù)得失電子守恒可以確定，消耗甲烷為1.12L