Question

【題目】“十三五”期間，云南省將推進8條支線天然氣管道的建設，促成云南真正邁入“氣化時代”。根據下列有關天然氣的研究和應用回答問題：

（l）在一定溫度和壓強下，由最穩定單質生成lmol化合物的焓變稱為該物質的摩爾生成焙。根據此定義，穩定單質的摩爾生成焓為0。某些化合物的摩爾生成焓如下表所示：

化合物	CO2	CH4	CO
摩爾生成焓（kJ·mol）	-395	-74.9	-110.4

CH4（g）與CO2（g）反應生成CO（g）和H2（s）的熱化學方程式為______。

（2）若上述反應分Ⅰ、Ⅱ兩步進行，其能量曲線如圖1所示。則總反應的反應速率取決于反應_______（填“I”或“Ⅱ”）。

（3）一定溫度下反應：CO2（g）+CH4（g） 2CO（g）+2H2（g）的平衡常數表達式Kp=___（用平衡分壓代替平衡濃度表示）.

（4）在壓強為p1、p2、p3的三個恒壓密閉容器中分別通入1.0molCH4（g）與1.0mol CO2（g）,發生反應：CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g）.測得平衡時CH4的體積分數與溫度、壓強的關系如圖2所示。

① a點時CH4的轉化率為_______。

② 壓強p1、p2、p3由大到小的順序為______，判斷理由是_____。

溫度為Tl℃、壓強為P3時，b點處v（正）_____v（逆）（填“<”、“>”或“=”）。

（5）某種燃料電池以熔融碳酸鈉、碳酸鉀為電解質，其工作原理如圖3所示，該電池負極的電極反應式為________。若電極B附近通入1m3空氣（假設空氣中O2的體積分數為20% ）并完全反應，理論上可消耗相同條件下CH4的體積為_______m3。

Answer 1

【答案】 CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH=+249.1kJ/mol I 80% p3>p2>p1 該反應為氣體分子數增大的反應，壓強增大，平衡逆移，甲烷的體積分數增大 > CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O 0.1

【解析】(l)已知CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) 反應的ΔH=[2(-110.4)+0]kJ·mol-[(-395)+(-74.9)]kJ·mol=+249.1kJ/mol ，即CH4(g)與CO2(g)反應生成CO(g)和H2(s)的熱化學方程式為CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH=+249.1kJ/mol；

(2)根據能量曲線圖可知，反應Ⅰ反應物活化能大，反應速率慢，而反應Ⅱ反應速率較快，則總反應的反應速率取決于慢反應，即反應I；

(3)可逆反應CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)的平衡常數表達式Kp=；

(4)①設a點時CH4的轉化率為α

CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)

起始物質的量(mol) 1 1 0 0

變化物質的量(mol) α α 2α 2α

變化后物質的量(mol) 1-α 1-α 2α 2α

則： =，解得：α=80%；

② 該反應為氣體分子數增大的反應，壓強增大，平衡逆移，甲烷的體積分數增大，故p3>p2>p1；溫度為Tl℃、壓強為P3時，b點處恒壓曲線P3上方，CH4的含量比平衡時高，則此時反應應正向進行，即v(正)>v(逆；

(5)燃料電池通O2的極為正極，通CH4的極為負極，即電極A為負極，負極上CH4失電子發生氧化反應，生成CO2，電極反應式為CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O；若電極B附近通入1m3空氣(假設空氣中O2的體積分數為20% )，則參加反應的O2的物質的量為1000L×20%÷22.4L/mol，根據電子守恒可知，消耗CH4體積為1000L×20%÷22.4L/mol××22.4L/mol=100L=0.1m3。