Question

【题目】CH4和H2O（g）可发生催化重整反应：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）。

（1）每消耗8g CH4转移的电子的数目为 。

（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

由此计算△H4= kJ·mol－1。

（3）T℃时，向1L恒容密闭容器中投入1molCH4和1molH2O（g），发生反应：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），经过tmin，反应达到平衡。已知平衡时，c（CH4）=0.5mol·L－1。

①0～tmin内，该反应的平均反应速率v（H2）= 。②T℃时，该反应的平衡常数K= 。

③当温度升高到（T+100）℃时，容器中c（CO）="0.75" mol·L－1，则该反应是 反应（填“吸热”或“放热”）。

（4）已知熔融碳酸盐燃料电池的工作原理示意图如下：

①放电过程中K+和Na+向电极 （填“A”或“B”）移动。

②该电池的负极反应式为 。

Answer 1

【答案】（1）3NA（2）c+3b－2a；

（3）①mol·L－1·min·－1；②6.75；③吸热；

（4）①B；②CO+3H2+4CO32――8e－=5CO2+3H2O；

【解析】试题分析：（1）在反应CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）中，甲烷中碳元素的化合价由-4价升高到+2价，1mol甲烷转移6mol电子，8g甲烷的物质的量为8g÷16g/mol=0.5mol，则转移的电子数为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，

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

（3）①根据题意，甲烷的最初浓度为1mol/L，经过tmin，反应达到平衡，平衡时c（CH4）=0.5mol·L－1，则反应消耗甲烷0.5mol，根据反应掉的浓度和化学计量数成正比，则反应消耗氢气为1.5mol/L，v（H2）=1.5/tmol·L－1·min·－1；②T℃时，向1L密闭容器中投入1molCH4和1mol H2O（g），平衡时c（CH4）=0.5molL-1，氢气的浓度为1.5mol/L，CO的浓度为0.5mol/L，水蒸气的浓度为0.5mol/L，则该温度K=[c（CO）c3（H2）]÷[c（CH4）c（H2O）]= [0.5×1.53]÷[0.5×0.5]=6.75；③当温度升高到（T+100）℃时，容器中c（CO）="0.75" mol·L－1，CO的浓度增大，说明平衡正反应方向移动，而升高温度，平衡向吸热反应方向移动，则该反应是吸热反应。

（4）①根据图示，CO和氢气在电极A放电发生氧化反应生成CO2和水，则电极A为负极，，电极B为正极，所以放电过程中K+和Na+向电极B移动；②该电池的负极为CO和氢气在电极放电发生氧化反应生成CO2和水，则电极反应式为CO+3H2+4CO32――8e－=5CO2+3H2O。