题目内容
甲烷是工业上常用的化工原料
（1）以CH4为原料制取H2是工业上常用的制氢方法，热化学方程式为：
CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=+206.0kJ?mol-l．一定温度下，将CH4和H2O（g）各0.11mol充入IL恒容密闭容器中：
①若平衡时压强与初始压强比为21：11，则平衡时H2的体积分数 ．
②保持其它条件不变，只改变下列条件能使H2的体积分数增大的是 ．
A．使用高效催化剂 B．充入He（g），增大压强 C．升高温度 D．向容器中再充入1mol CO和3mol H2
③保持上述温度和体积不变，初始投入CH4、H2O（g）、CO、H2各为0.04mol、0.04mol、X、Y，若平衡时氢气的体积分数保持不变，则X为 mol、Y为 mol．
在此情况下，反应起始将向_ （填“正”或“逆”）反应方向进行．
④已知：CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJ?mol-l，写出由CO2和CH4反应生成CO和H2的热化学方程式 ．
（2）以甲烷和氧气为燃料，氢氧化钾溶液为电解质溶液构成电池．负极的电极反应式为 ．
（1）以CH4为原料制取H2是工业上常用的制氢方法，热化学方程式为：
CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=+206.0kJ?mol-l．一定温度下，将CH4和H2O（g）各0.11mol充入IL恒容密闭容器中：
①若平衡时压强与初始压强比为21：11，则平衡时H2的体积分数
②保持其它条件不变，只改变下列条件能使H2的体积分数增大的是
A．使用高效催化剂 B．充入He（g），增大压强 C．升高温度 D．向容器中再充入1mol CO和3mol H2
③保持上述温度和体积不变，初始投入CH4、H2O（g）、CO、H2各为0.04mol、0.04mol、X、Y，若平衡时氢气的体积分数保持不变，则X为
在此情况下，反应起始将向_
④已知：CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJ?mol-l，写出由CO2和CH4反应生成CO和H2的热化学方程式
（2）以甲烷和氧气为燃料，氢氧化钾溶液为电解质溶液构成电池．负极的电极反应式为
考点：化学平衡的影响因素,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池
专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题
分析：（1）①利用三段式法，结合容器体积不变时气体的压强之比等于物质的量之比求算平衡时气体物质的量；
②依据勒夏特列原理分析平衡移动的方向解答；
③恒温恒容下，若平衡时氢气的体积分数保持不变，则为等效平衡；
④根据已知热化学方程式，依据盖斯定律解答；
（2）甲烷燃料电池中，负极是甲烷在燃烧，碱性环境中生成碳酸根．
②依据勒夏特列原理分析平衡移动的方向解答；
③恒温恒容下，若平衡时氢气的体积分数保持不变，则为等效平衡；
④根据已知热化学方程式，依据盖斯定律解答；
（2）甲烷燃料电池中，负极是甲烷在燃烧，碱性环境中生成碳酸根．
解答：
解：（1）①CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）
开始（mol） 0.11 0.11 0 0
转化（mol） x x x 3x
平衡（mol）0.11-x 0.11-x x 3x
容器体积不变时气体的压强之比等于物质的量之比，有
=21：11，x=0.1，
所以平衡时氢气的体积分数为
×100%=71.4%，
故答案为：71.4%；
②A、催化剂不影响平衡移动，故A错误；
B、充入氦气增大压强，平衡不发生移动，故B错误；
C、升高温度平衡向吸热的正向移动，氢气的体积分数增大，故C正确；
D、再充入1mol CO和3mol H2容器内压强增大，平衡向气体体积减小的逆向移动，氢气体积分数减小，故D错误；
故选C；
③恒温恒容下，若平衡时氢气的体积分数保持不变，则为等效平衡，反应前后气体体积不同，所以必须完全等效，及CO和氢气完全转化为反应物甲烷和水各为为0.11mol，有0.04mol+X=0.04mol+
=0.11，则X=0.07mol，Y=0.21mol；据①问知，平衡时甲烷等各物质的物质的量分别为0.01mol、0.01mol、0.1mol0.3mol，可见开始时平衡正向移动，故答案为：0.07；0.21；正；
④已知：（1）CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJ?mol-l，（2）CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=+206.0kJ?mol-l．
据盖斯定律（2）×2-（1）得：CO2（g）+CH4（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.0 kJ?mol-1，
故答案为：CO2（g）+CH4（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.0 kJ?mol-1；
（2）甲烷热量电池在碱性环境中生成碳酸根，并且有氢氧根离子参加反应，据C的化合价反应前-4价，反应后+4价知每mol甲烷失8mol电子，据电荷守恒和原子守恒配平后为：CH4-8 e-+10OH-=CO32-+7H2O，故答案为：CH4-8 e-+10OH-=CO32-+7H2O．
开始（mol） 0.11 0.11 0 0
转化（mol） x x x 3x
平衡（mol）0.11-x 0.11-x x 3x
容器体积不变时气体的压强之比等于物质的量之比，有
| 0.11-x+0.11-x+x+3x |
| 0.11+0.11 |
所以平衡时氢气的体积分数为
| 3×0.1 |
| 0.01+0.01+0.1+0.3 |
故答案为：71.4%；
②A、催化剂不影响平衡移动，故A错误；
B、充入氦气增大压强，平衡不发生移动，故B错误；
C、升高温度平衡向吸热的正向移动，氢气的体积分数增大，故C正确；
D、再充入1mol CO和3mol H2容器内压强增大，平衡向气体体积减小的逆向移动，氢气体积分数减小，故D错误；
故选C；
③恒温恒容下，若平衡时氢气的体积分数保持不变，则为等效平衡，反应前后气体体积不同，所以必须完全等效，及CO和氢气完全转化为反应物甲烷和水各为为0.11mol，有0.04mol+X=0.04mol+
| Y |
| 3 |
④已知：（1）CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJ?mol-l，（2）CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=+206.0kJ?mol-l．
据盖斯定律（2）×2-（1）得：CO2（g）+CH4（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.0 kJ?mol-1，
故答案为：CO2（g）+CH4（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.0 kJ?mol-1；
（2）甲烷热量电池在碱性环境中生成碳酸根，并且有氢氧根离子参加反应，据C的化合价反应前-4价，反应后+4价知每mol甲烷失8mol电子，据电荷守恒和原子守恒配平后为：CH4-8 e-+10OH-=CO32-+7H2O，故答案为：CH4-8 e-+10OH-=CO32-+7H2O．
点评：本题考查了利用三段式法的平衡计算、平衡移动、等效平衡的计算、盖斯定律、电极反应式书写，题目跨度大、难度中等．
练习册系列答案
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131 53 |
127 53 |
A、
| ||||
B、
| ||||
C、
| ||||
D、
|
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