Question

【題目】一定條件下，向容器中同時通入甲烷、氧氣和水蒸氣三種氣體，發生的化學反應有：

反應過程	化學方程式	焓變	活化能
甲烷氧化
蒸汽重整

（1）已知：，則燃燒熱_____。

（2）在初始階段，甲烷蒸汽重整的反應速率小于甲烷氧化的反應速率，原因可能是______。

（3）恒溫恒壓體系（溫度為，壓強為），反應達到平衡時，各氣體的物質的量均為，用某氣體組分的平衡分壓（分壓=總壓×物質的量分數）代替物質的量濃度也可表示平衡常數（記作）。則：

①平衡常數___。

②再向容器中瞬時同時充入、、、，此時（正）____（逆）（填“>”“<”或“=”）

③恒溫恒容條件下，將、、、按照體積比投料，能判斷反應達到平衡狀態的是____。

A 密度保持不變 B 體積分數保持不變

C 平均摩爾質量保持不變 D 和的比保持不變

E 斷裂的同時，有斷裂

（4）向絕熱恒容密閉容器中通入和使反應達到平衡，正反應速率隨時間變化的示意圖如圖所示。圖中點反應是否達到平衡，說明理由_____。

（5）利用重整反應，設計一種熔融碳酸鹽燃料電池，原理示意圖，電極上發生的電極反應為______。

Answer 1

【答案】 重整反應活化能高（或開始時重整反應物濃度低；或開始時體系不能提供重整所需的熱能等其他合理答案） （或） < BCDE 點不是平衡點，因為達到平衡后，正反應速率不會隨著時間變化而變化（僅判斷，不給分。其他合理答案也給分）

【解析】

（1）設 =-802.6kJ/mol為式①，

=-322.0kJ/mol為式②，

為式③，則H2的燃燒熱方程式H2(g)+O2(g)=H2O(l)可以由(①-②) -③得出，故該反應的=-284.3kJ/mol；

（2）由表中數據可知，甲烷氧化的活化能低于蒸氣重整的活化能，活化能越低，反應速率越快，故初始階段，甲烷蒸汽重整的反應速率小于甲烷氧化的反應速率；

（3）①達到平衡時，各氣體的物質的量均為，所以每個組分的分壓都是，所以；

②若向容器中瞬時同時充入、、、，總物質的量為10mol，CH4、H2O、CO、H2的分壓分別為、、、，此時用壓強表示體系的濃度商為，＞，故平衡向逆向移動，（正）＜（逆）；

③判定反應達到平衡狀態有兩種方法，一是v正=v逆，二是變量不變；

A．密度，恒容條件下V是定值，根據質量守恒，氣體的總質量m也是定值，故是定值，A不能判定平衡；

B．隨著反應的進行，CO體積分數不斷變化，當它不再變化時，說明反應達到平衡狀態，B能判定平衡；

C．平均摩爾質量，m為定值，但反應前后系數之和不同，即n是變量，故M也是變量，C可以判定平衡；

D．和的投料比為3：1，反應比為1：3，故比值不是定值，D可以判定平衡；

E．斷裂說明反應了1molH2O，是正反應方向，斷裂說明反應了3molH2，是逆反應方向，故v正=v逆，E可以判定平衡；

故選BCDE。

（4）化學平衡狀態的標志是各物質的濃度不再改變，其實質是正反應速率等于逆反應速率，c點對應的正反應速率還在改變，故一定未達平衡；

（5）由圖可知，H2和CO在A極上失電子生成CO2和H2O，故A是負極，那么B就是正極，在B極上，O2得電子與CO2生成，電極反應為：；