Question

【題目】CH4和H2O（g）可發生催化重整反應：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）。

（1）每消耗8g CH4轉移的電子的數目為 。

（2）已知：①2CO（g）+O2（g）=2CO2（g） △H1=akJ·mol－1

②CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g） △H2=bkJ·mol－1

③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g） △H3=ckJ·mol－1

④CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g） △H4

由此計算△H4= kJ·mol－1。

（3）T℃時，向1L恒容密閉容器中投入1molCH4和1molH2O（g），發生反應：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），經過tmin，反應達到平衡。已知平衡時，c（CH4）=0.5mol·L－1。

①0～tmin內，該反應的平均反應速率v（H2）= 。②T℃時，該反應的平衡常數K= 。

③當溫度升高到（T+100）℃時，容器中c（CO）="0.75" mol·L－1，則該反應是 反應（填“吸熱”或“放熱”）。

（4）已知熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理示意圖如下：

①放電過程中K+和Na+向電極 （填“A”或“B”）移動。

②該電池的負極反應式為 。

Answer 1

【答案】（1）3NA（2）c+3b－2a；

（3）①mol·L－1·min·－1；②6.75；③吸熱；

（4）①B；②CO+3H2+4CO32――8e－=5CO2+3H2O；

【解析】試題分析：（1）在反應CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）中，甲烷中碳元素的化合價由-4價升高到+2價，1mol甲烷轉移6mol電子，8g甲烷的物質的量為8g÷16g/mol=0.5mol，則轉移的電子數為0.5mol×6×NA=3NA。

（2）①2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H1=akJ·mol－1，

②CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g） △H2=bkJ·mol－1，

③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g） △H3="c" kJ·mol－1，

根據蓋斯定律，③+3×②-2×①得CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g） △H4= c+3b－2akJ/mol。

（3）①根據題意，甲烷的最初濃度為1mol/L，經過tmin，反應達到平衡，平衡時c（CH4）=0.5mol·L－1，則反應消耗甲烷0.5mol，根據反應掉的濃度和化學計量數成正比，則反應消耗氫氣為1.5mol/L，v（H2）=1.5/tmol·L－1·min·－1；②T℃時，向1L密閉容器中投入1molCH4和1mol H2O（g），平衡時c（CH4）=0.5molL-1，氫氣的濃度為1.5mol/L，CO的濃度為0.5mol/L，水蒸氣的濃度為0.5mol/L，則該溫度K=[c（CO）c3（H2）]÷[c（CH4）c（H2O）]= [0.5×1.53]÷[0.5×0.5]=6.75；③當溫度升高到（T+100）℃時，容器中c（CO）="0.75" mol·L－1，CO的濃度增大，說明平衡正反應方向移動，而升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，則該反應是吸熱反應。

（4）①根據圖示，CO和氫氣在電極A放電發生氧化反應生成CO2和水，則電極A為負極，，電極B為正極，所以放電過程中K+和Na+向電極B移動；②該電池的負極為CO和氫氣在電極放電發生氧化反應生成CO2和水，則電極反應式為CO+3H2+4CO32――8e－=5CO2+3H2O。