题目内容
在海底和青藏高原都发现了名为“可燃冰”的环保型新能源，主要成分是CH4，CH4在光照下可与Cl2反应，也可以用CH4和H2O为原料制备二甲醚和甲醇等新型燃料．（1）在一定条件下，发生反应：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H＞0．
若在2L体积恒定的密闭容器中发生反应，T℃时，通入2molCH4（g）和2mol H2O（g），反应达平衡后，生成l molCO，CH4的转化率为
（2）CH4可用于设计燃料电池，甲烷燃料电池的工作原理如图1所示：通入CH4的一极电极反应式为：
（3）若将CH4燃料电池与图2表示的电解池相连，U形管装有电解液a；X、Y是两块电极板，请回答以下问题：
①该电解池的Y电极与CH4燃料电池中通入
②若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，则电解池中X极上的电极反应为
该电解池的总反应为
③若X、Y都是惰性电极，a是含有0.4mol CuSO4和0.2mol KCl的水溶液1L，电解一段时间后，在一个电极上析出18.2g Cu，此时在另一电极上放出的气体在标准状况下的体积
考点：化学平衡的计算,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素
专题：基本概念与基本理论
分析：（1）在2L体积恒定的密闭容器中发生反应，T℃时，通入2mol CH4（g）和2mol H2O（g），反应达平衡后时，有
CH4（g）+H2O（g）
CO（g）+3H2（g）
起始（mol/L） 1 1 0 0
反应（mol/L） 0.5 0.5 0.5 1.5
平衡（mol/L） 0.5 0.5 0.5 1.5
所以CH4的转化率=
×100%=50%；
所以平衡常数K=
=6.75，
平衡常数只与温度有关，与物质的起始浓度无关，所以此时加入1mol CH4（g）、1mol H2O（g）1mol CO和3molH2的混合气体（保持温度不变），刚好此数据就是上述的平衡状态，则平衡不移动，平衡常数仍然为6.75，
若在2L体积可变的密闭容器中发生反应，T℃时，通入2mol CH4（g）和2mol H2O（g），因为反应时体积增大，所以在2L体积可变的密闭容器中发生反应相当于减压，平衡要向正反应方向移动，则反应达平衡后，生成CO大于l mol；
（2）根据氧气得到电子化合价升高来书写；根据总反应式判断溶液的PH变化；
（3）①根据电解池的阳极与原电池的正极相连，阴极与原电池的负极相连判断；
②若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，Y电极上氯离子放电生成氯气，X电极上氢离子放电，同时该电极附近生成氢氧根离子；
③n（Cu）=
=0.28mol，阴极发生Cu2++2e-=Cu，可知阴极得到0.56mol电子，阳极发生：2Cl--2e-=Cl2↑、4OH--4e-=O2↑+2H2O，结合两极转移电子数目相等和电极方程式计算．
CH4（g）+H2O（g）
CO（g）+3H2（g）起始（mol/L） 1 1 0 0
反应（mol/L） 0.5 0.5 0.5 1.5
平衡（mol/L） 0.5 0.5 0.5 1.5
所以CH4的转化率=
| 0.5 |
| 1 |
所以平衡常数K=
| 1.5 3×0.5 |
| 0.5×0.5 |
平衡常数只与温度有关，与物质的起始浓度无关，所以此时加入1mol CH4（g）、1mol H2O（g）1mol CO和3molH2的混合气体（保持温度不变），刚好此数据就是上述的平衡状态，则平衡不移动，平衡常数仍然为6.75，
若在2L体积可变的密闭容器中发生反应，T℃时，通入2mol CH4（g）和2mol H2O（g），因为反应时体积增大，所以在2L体积可变的密闭容器中发生反应相当于减压，平衡要向正反应方向移动，则反应达平衡后，生成CO大于l mol；
（2）根据氧气得到电子化合价升高来书写；根据总反应式判断溶液的PH变化；
（3）①根据电解池的阳极与原电池的正极相连，阴极与原电池的负极相连判断；
②若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，Y电极上氯离子放电生成氯气，X电极上氢离子放电，同时该电极附近生成氢氧根离子；
③n（Cu）=
| 18.2g |
| 64g/mol |
解答：
解：（1）在2L体积恒定的密闭容器中发生反应，T℃时，通入2mol CH4（g）和2mol H2O（g），反应达平衡后时，有
CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）
起始（mol/L） 1 1 0 0
反应（mol/L） 0.5 0.5 0.5 1.5
平衡（mol/L） 0.5 0.5 0.5 1.5
所以CH4的转化率=
×100%=50%；
所以平衡常数K=
=6.75，
平衡常数只与温度有关，与物质的起始浓度无关，所以此时加入1mol CH4（g）、1mol H2O（g）1mol CO和3molH2的混合气体（保持温度不变），刚好此数据就是上述的平衡状态，则平衡不移动，平衡常数仍然为6.75，
若在2L体积可变的密闭容器中发生反应，T℃时，通入2mol CH4（g）和2mol H2O（g），因为反应时体积增大，所以在2L体积可变的密闭容器中发生反应相当于减压，平衡要向正反应方向移动，则反应达平衡后，生成CO大于l mol；
故答案为：50%；不；6.75；大于；
（2）CH4失去电子失去，电极反应为：CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O，该电池的反应式为2O2+CH4+2OH-═CO32-+3H2O，消耗了溶液中的氢氧根离子，且有溶剂水生成，导致溶液中氢氧根离子的浓度降低，故答案为：CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O；降低；
（3）①电解池的阳极与原电池的正极相连，阴极与原电池的负极相连，Y电极为阳极，所以与CH4燃料电池中通入氧气一级相连，故答案为：O2；
②若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，Y电极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，X电极上氢离子放电，电极反应式为2H++2e-=H2↑，同时该电极附近生成氢氧根离子，Y电极上氯离子放电生成氯气，所以电池反应式为2NaCl+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑，故答案为：2H++2e-=H2↑；2NaCl+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑；
③n（Cu）=
=0.28mol，阴极发生Cu2++2e-=Cu，可知阴极得到0.56mol电子，阳极发生：2Cl--2e-=Cl2↑、4OH--4e-=O2↑+2H2O，
则生成n（Cl2）=0.1mol，转移电子0.2mol，
则生成氧气转移电子0.36mol，生成氧气0.09mol，
所以阳极共生成0.19mol气体，体积为4.256L，故答案为：4.256L；
CH4（g）+H2O（g）
CO（g）+3H2（g）起始（mol/L） 1 1 0 0
反应（mol/L） 0.5 0.5 0.5 1.5
平衡（mol/L） 0.5 0.5 0.5 1.5
所以CH4的转化率=
| 0.5 |
| 1 |
所以平衡常数K=
| 1.5 3×0.5 |
| 0.5×0.5 |
平衡常数只与温度有关，与物质的起始浓度无关，所以此时加入1mol CH4（g）、1mol H2O（g）1mol CO和3molH2的混合气体（保持温度不变），刚好此数据就是上述的平衡状态，则平衡不移动，平衡常数仍然为6.75，
若在2L体积可变的密闭容器中发生反应，T℃时，通入2mol CH4（g）和2mol H2O（g），因为反应时体积增大，所以在2L体积可变的密闭容器中发生反应相当于减压，平衡要向正反应方向移动，则反应达平衡后，生成CO大于l mol；
故答案为：50%；不；6.75；大于；
（2）CH4失去电子失去，电极反应为：CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O，该电池的反应式为2O2+CH4+2OH-═CO32-+3H2O，消耗了溶液中的氢氧根离子，且有溶剂水生成，导致溶液中氢氧根离子的浓度降低，故答案为：CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O；降低；
（3）①电解池的阳极与原电池的正极相连，阴极与原电池的负极相连，Y电极为阳极，所以与CH4燃料电池中通入氧气一级相连，故答案为：O2；
②若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，Y电极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，X电极上氢离子放电，电极反应式为2H++2e-=H2↑，同时该电极附近生成氢氧根离子，Y电极上氯离子放电生成氯气，所以电池反应式为2NaCl+2H2O
| ||
| ||
③n（Cu）=
| 18.2g |
| 64g/mol |
则生成n（Cl2）=0.1mol，转移电子0.2mol，
则生成氧气转移电子0.36mol，生成氧气0.09mol，
所以阳极共生成0.19mol气体，体积为4.256L，故答案为：4.256L；
点评：本题主要考查了化学平衡常数、化学平衡移动、电极反应式的书写，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握电解方程式的书写，为解答该题的关键，难度中等．
练习册系列答案
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