Question

氨的合成是最重要的化工生产之一．
（1）合成氨用的氢气，工业上可利用“甲烷蒸气转化法生产氢气”，反应为：CH₄（g）+H₂O（g）

高温

催化剂

CO（g）+3H₂（g），已知有关反应的能量变化如图（1、2）：

则该反应的焓变△H=

 

；
（2）已知温度、压强对甲烷平衡含量的影响如图3，请回答：
①温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是

 

；
②已知：在700℃，1MPa时，1mol CH₄与1mol H₂O在1L的密闭容器中反应，6分钟达到平衡，此时CH₄的转化率为80%，用H₂表示的平均反应速率为

 

，该温度下反应的平衡常数

 

（结果保留小数点后一位数字）；
③为进一步提高CH₄的平衡转化率，下列措施中能达到目的是

 

；
a．提高反应开始时的水碳比[

n(H2O)

n(CH4)

]
b．使用更高效的催化剂       c．增大压强
（3）金属铝与碱性溶液反应也能生成氢气，请写出反应的离子方程式

 

；
（4）直接供氨式碱性燃料电池的电池反应式是4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，电解质溶液一般使用KOH溶液，则负极电极反应式是

 

，从理论上分析，该电池工作过程中

 

（填“需要”或“不需要”）补充KOH．

Answer 1

考点：化学平衡的调控作用,热化学方程式,化学平衡的影响因素,产物的百分含量随浓度、时间的变化曲线

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据盖斯定律可以求得焓变；
（2）①根据图象中甲烷含量随温度变化分析；
②根据甲烷的量求出生成的氢气的量，然后求出氢气的反应速率；根据平衡时的浓度可以求得平衡常数；
③根据平衡移动原理作判断；
（3）根据元素守恒和电荷守恒写出离子方程式；
（4）碱性电解质，负极发生氧化反应，根据两极物质的变化情况判断KOH的情况．

解答： 解：（1）反应CH₄（g）+H₂O（g）

高温

催化剂

CO（g）+3H₂（g），可由反应①2CH₄（g）+3O₂（g）→2CO+4H₂O（g），②2H₂（g）+O₂（g）→2H₂O（g）合并而成，即

①-②×3

2

，根据盖斯定律，结合图中数据，可以求得焓变△H=

-564.3-(-241.8)×3

2

 kJ?mol^-1=+161.1 kJ?mol^-1，故答案为：+161.1 kJ?mol^-1；
（2）①由图象可知，其他条件不变，升高温度，反应速率加快，甲烷的百分含量减小，平衡向正反应方向移动，
故答案为：其他条件不变，升高温度，反应速率加快，平衡向正反应方向移动；
②参加反应的CH₄为：1mol×80%=0.8mol，所以生成的氢气为：n（H₂）=3n（CH₄）=2.4mol，v（H₂）=

△n V

t

=

2.4mol 1L

6min

=0.4 mol/（L?min），
在反应CH₄（g）+H₂O（g）

高温

催化剂

CO（g）+3H₂（g）中，平衡时CH₄的物质的量为1mol-0.8mol=0.2mol，依据化学方程式可知，H₂O的物质的量为0.2mol，CO的物质的量为0.8mol，H₂的物质的量为2.4mol，而容器体积为1L，所以平衡常数为

0.8×2．43

0.2×0.2

=276.5，
故答案为：0.4 mol/（L?min）；276.5；
③a、增加一种物质的浓度可以提高另一种反应物的转化率，故a正确；
b、催化剂对平衡没有影响，不能改转化率，故b错误；
c、由于该反应前后气体体积不变，所以增大压强，平衡不移动，不能改变甲烷的转化率，故c错误；
故选a；
（3）金属铝与碱性溶液反应也能生成氢气的离子方程式为：2Al+2OH^-+6H₂O=2[Al（OH）₄]^-+3H₂↑，故答案为：2Al+2OH^-+6H₂O=2[Al（OH）₄]^-+3H₂↑；
（4）氨气为碱性气体，易与酸反应，所以电解质溶液应呈碱性，负极发生氧化反应，氨气被氧化生产氮气，电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，因为在正极是氧气得电子生成氢氧根离子，O₂+4e^-=4OH^-，所以溶液中氢氧根离子浓度不变，所以不需要补充KOH，故答案为：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，不需要．

点评：本题主要考查了反应热的计算、反应速率的计算、影响平衡的条件、电极反应的书写等知识，有一定的综合性，中等难度．