题目内容
【题目】蕴藏在海底的大量“可燃冰”，其开发利用是当前解决能源危机的重要课题。CH4(g)+2H2O(g)
CO2(g)+4H2(g)ΔH3=+akJ·mol-1
化学键 | C—H | H—H | H—O |
键能kJ/mol | b | c | d |
(1)写出甲烷的结构式___________
(2)C=O的键能为_______________kJ/mol(用含a、b、c、d的式子表示)
(3)恒温条件下，在体积恒为0.5L的密闭容器中通入一定量甲烷和水蒸气，发生上述反应。测得甲烷物质的量随时间变化如下表所示。0～10min内用H2O的浓度表示该反应的平均速率为υ(H2O)=_____________
时间/min | 0 | 10 | 20 | 40 | 50 | 60 |
n(CH4)/mol | 0.50 | 0.35 | 0.25 | 0.10 | 0.10 | 0.10 |
(4)恒温恒容情况下，下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是_______________。
a．混合气体的平均相对分子质量保持不变b．CO2和H2的体积分数比为1﹕4
c．混合气体的密度保持不变d．1molCO2生成的同时有4molH-H键断裂
(5)写出甲烷燃料电池，以KOH溶液为介质时，负极的电极反应式______
【答案】
2b+2d-2c-
0.06molL1min1 ad 10OH－+CH4－8e－=
+7H2O
【解析】
(1)甲烷的分子式为CH4，甲烷为正四面体结构，结构式为：，
故答案为：；
(2)根据ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和计算，ΔH3=4b+4d-2E(C=O)-4c=a，解得：E(C=O)= 2b+2d-2c-，
故答案为：2b+2d-2c-；
(3) 0～10min内甲烷的反应物质的量变化量为：0.50 mol -0.35 mol =0.15mol，
，根据速率之比等于化学计量数之比，可得υ(H2O)= 
，
故答案为：0.06molL1min1；
(4) a．反应前后气体的总质量不变，气体的物质的量增加，则反应过程中混合气体的平均相对分子质量是变量，当其保持不变时反应达到平衡状态，故a可说明反应达到平衡状态；
b．CO2和H2均为产物，反应过程中两者的物质的量之比始终等于化学计量数之比，体积分数比为1﹕4不变，故b不可说明该反应达到平衡状态；
c．反应过程中气体质量不变，容器体积不变，则气体的密度始终保持恒定，因此混合气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡状态；
d．1molCO2生成是正向反应，同时有4molH-H键断裂是逆向反应，且速率比等于化学计量数之比，可说明反应达到平衡状态；
故答案为：ad；
(5)甲烷燃料电池负极是甲烷反应转变成二氧化碳，在碱性条件最终转变成碳酸根离子，负极反应式为：10OH－+CH4－8e－=+7H2O，
故答案为：10OH－+CH4－8e－=+7H2O；
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