Question

【题目】2019年12月20日，美国总统特朗普签署了2020财政年度国防授权法案，对俄罗斯向欧洲进行天然气输出的“北溪2号”管道项目实施制裁，实施“美国优先发展战略”。天然气既是一种优质能源，又是一种重要化工原料，甲烧水蒸气催化重整制备高纯氢是目前的研究热点。

(1)甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，已知在反应器中存在如下反应过程：

Ⅰ.

Ⅱ.

根据上述信息请写出甲烷水蒸气催化重整的热化学反方程式：________________。

(2)在一定条件下向a、b两个恒温恒容的密闭容器中均通入和，利用反应Ⅰ制备，测得两容器中CO的物质的量随时间的变化曲线分别为a和b（已知容器a、b的体积为2 L）。

则a、b两容器的温度________（填“相同”“不相同”或“不确定”）；在达到平衡前，容器a的压强________（填“逐渐增大”“不变”或“逐渐减小”）；容器a中从反应开始到恰好平衡时的平均反应速率为________，在该温度下反应的化学平衡常数K=________。

(3)某氢氧燃料电池以熔融态的碳酸盐为电解质，其中参与电极反应。工作时负极的电极反应为。如图所示，根据相关信息回答下列问题：

①正极的电极反应为________；

②当甲池中A电极理论上消耗的体积为448 mL（标准状况）时，乙池中C、D两电极质量变化量之差为________g。

Answer 1

【答案】 不相同 逐渐增大 675 1.28

【解析】

(1)根据盖斯定律进行计算得到甲烷水蒸气催化重整的热化学反方程式。

(2)先计算甲烷消耗得物质的量，再算其平均反应速率，再计算甲烷、水剩余的物质的量，CO物质的量，H2物质的量，再计算反应的化学平衡常数。

(3)①正极是氧气变为碳酸根；②根据得失电子守恒建立关系进行计算。

(1)将两个方程式相加得到甲烷水蒸气催化重整的热化学反方程式：；故答案为：。

(2)a、b两容器达到平衡时CO的物质的量不相同，由于容器体积相同，因此反应的温度不相同；在达到平衡前，反应是气体物质的量增加的反应，因此容器a的压强逐渐增大；容器a中甲烷从反应开始到恰好平衡时所需时间为4min，甲烷消耗得物质的量为1mol，因此其平均反应速率为，甲烷、水剩余的物质的量为0.1mol，CO物质的量为1mol，H2物质的量为3mol，在该温度下反应的化学平衡常数；故答案为：不相同；逐渐增大；；675。

(3)①正极是氧气变为碳酸根，其电极反应为；故答案为：。

②当甲池中A电极理论上消耗氢气的体积为448 mL即0.02mol时，转移电子为0.04mol，乙池中C生成氧气，D质量增加，生成0.02mol铜，因此两电极质量变化量之差为0.02×64 g=1.24g；故答案为：1.24。