Question

【題目】2017年11月16日，國土資源部召開新聞發(fā)布會，宣布天然氣水合物，即“可燃冰”新礦種獲得國務(wù)院批準(zhǔn)，成為我國第173個礦種。“可燃冰”主要成分的分子式是CH4·8H2O，一旦溫度升高或壓強(qiáng)降低，甲烷氣就會逸出，固體水合物便趨于崩解。“可燃冰”將成為人類的后續(xù)能源。

（1）將320 g可燃冰釋放的甲烷完全燃燒生成液態(tài)水時，可放出1 780．6 kJ的能量，則表示甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式是__________________。

（2）CH4不僅是優(yōu)質(zhì)的氣體燃料，還能利用它和CO2重整，發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)，獲得合成氣(主要成分為CO、H2)，從而減少溫室氣體的排放。在一定條件下CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)(單位：Pa)的關(guān)系如圖所示。則y點(diǎn)：v(正)____(填“>”、“＝”或“<”，下同)v(逆)；壓強(qiáng)：p1____p2；該反應(yīng)的ΔH____0。

（3）在恒溫、p2下，在一容積可變的容器中，達(dá)到平衡狀態(tài)x時四種氣體的物質(zhì)的量均為1 mol，若此時再充入四種氣體各1 mol，則平衡____(填“向左”、“向右”或“不”)移動。

（4）一定條件下，CH4還可與NO2反應(yīng)，改善霧霾天氣，其化學(xué)方程式為CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)，在恒溫恒容下，下列可以判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是____(填序號)。

a．v逆(N2)＝2v正(H2O)

b．混合氣體的密度不再變化

c．混合氣體的物質(zhì)的量不再變化

d．單位時間內(nèi)有1 mol NO2消耗同時消耗1 mol CO2

e．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

f．CH4與CO2的物質(zhì)的量之比不再發(fā)生變化

（5）在恒溫恒容下，使1 mol CH4(g)與2 mol NO2反應(yīng)，達(dá)平衡后，再往反應(yīng)器中分別充入下列氣體，可以使CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)中NO2轉(zhuǎn)化率增大的是____(填序號)。

A．CH4　　　　　　　　　　　　　　 B．CO2

C．物質(zhì)的量之比為1∶2的CH4與NO2　 D．N2

（6）CH4還可以運(yùn)用到電化學(xué)中，某課外小組用CH4為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料作電極，電浮選凝聚法處理污水，設(shè)計(jì)如圖所示裝置。則甲烷 燃料電池的總反應(yīng)式為______。為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，電池工作時必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)(如圖)，A物質(zhì)的化學(xué)式是______。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=－890．3 kJ·mol－1 ＞ ＜ ＞ 不 cef A CH4+2O2CO2+2H2O CO2

【解析】

本題主要考查化學(xué)反應(yīng)與能量變化以及化學(xué)平衡相關(guān)知識。

（1）320gCH4·8H2O可以釋放出2molCH4，再根據(jù)燃燒熱的定義解題；

（2）y點(diǎn)對應(yīng)的甲烷轉(zhuǎn)化率低于平衡時的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)應(yīng)正向進(jìn)行；該反應(yīng)正向?yàn)闅怏w體積增大的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)，平衡正向移動，甲烷轉(zhuǎn)化率增大；溫度升高，甲烷轉(zhuǎn)化率增大；

（3）恒溫恒壓條件下，同等增大各物質(zhì)濃度，平衡不移動；

（4）依據(jù)“變量不變則平衡”原則判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡；

（5）根據(jù)“等效平衡”及勒夏特列原理判斷；

（6）甲烷燃燒電池總反應(yīng)為甲烷與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水；根據(jù)電池正負(fù)極電極反應(yīng)式判斷需循環(huán)的物質(zhì)。

（1）320g可燃冰可釋放2mol甲烷，2mol甲烷完全燃燒放出1780.6kJ能量，則1mol甲烷完全燃燒放出890.3kJ能量，故甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=－890.3 kJ·mol－1；

（2）y點(diǎn)甲烷轉(zhuǎn)化率低于平衡時甲烷轉(zhuǎn)化率，故反應(yīng)還需正向進(jìn)行，故v(正)> v(逆)；該反應(yīng)正向?yàn)闅怏w體積增大的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)，平衡正向移動，由p1到p2，甲烷轉(zhuǎn)化率降低，即增大了壓強(qiáng)，故p1<p2；升高溫度，甲烷轉(zhuǎn)化率升高，升高溫度，平衡向吸熱方向移動，故該反應(yīng)的ΔH>0；

（3）恒溫恒壓條件下，同等增大各物質(zhì)濃度，平衡不移動；

（4）a. 平衡時，2v逆(N2)＝v正(H2O)，故a錯誤；

b.反應(yīng)過程中，氣體總質(zhì)量不變，恒容條件下氣體總體積不變，故氣體密度始終不變，錯誤；

c.該反應(yīng)反應(yīng)過程中，混合氣體的總物質(zhì)的量不斷發(fā)生改變，若混合氣體的物質(zhì)的量不再變化，則反應(yīng)達(dá)到平衡，正確；

d.平衡時，單位時間內(nèi)有2 mol NO2消耗同時消耗1 mol CO2，錯誤；

e.反應(yīng)進(jìn)行過程中，混合氣體總物質(zhì)的量發(fā)生改變，氣體總質(zhì)量不變，若混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；

f.甲烷和二氧化碳屬于可逆反應(yīng)中不同反應(yīng)方向的反應(yīng)物，比值會隨著反應(yīng)的進(jìn)行而改變，故當(dāng)CH4與CO2的物質(zhì)的量之比不再發(fā)生變化，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

（5）A.增大甲烷物質(zhì)的量，NO2的轉(zhuǎn)化率增大，正確；B. CO2為生成物，增大CO2的量，平衡逆向移動，NO2的轉(zhuǎn)化率減小，錯誤；C.通入物質(zhì)的量之比為1∶2的CH4與NO2的混合氣體，相當(dāng)于壓強(qiáng)增大，平衡逆向移動，NO2轉(zhuǎn)化率降低，錯誤；D.N2為生成物，增大N2的濃度，平衡逆向移動，NO2轉(zhuǎn)化率減小，錯誤。

（6）根據(jù)甲烷與氧氣反應(yīng)生成CO2和H2O寫出該總反應(yīng)式為：CH4+2O2CO2+2H2O；該電池正極反應(yīng)式為：，負(fù)極反應(yīng)式為：，由此可知，物質(zhì)A為CO2。