Question

（14分）（1）工业上可利用“甲烷蒸气转化法”生产氢气，反应为甲烷和水蒸气在高温和催化剂存在的条件下生成一氧化碳和氢气，有关反应的能量变化如图1：

则该反应的热化学方程式_____________________________________。

（2）已知温度、压强对甲烷平衡含量的影响如图2，请回答：

①图26-2中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1Mpa、2Mpa时甲烷含量曲线，其中表示1Mpa的是________。

②该反应的平衡常数：600 ℃时________700 ℃(填“>”“<”或“＝”)。

③已知：在700 ℃，1 MPa时，1 mol CH₄与1 mol H₂O在1 L的密闭容器中反应，6min达到平衡(如图3)，此时CH₄的转化率为________________，该温度下反应的平衡常数为______________(结果保留小数点后一位数字)。

④从图3分析，由第一次平衡到第二次平衡，平衡移动的方向是_____________(填“向正反应方向”或“向逆反应方向”)，采取的措施可能是_____________________。

（3）以N₂、H₂为电极反应物，以HCl－NH₄Cl为电解质溶液制造新型燃料电池，放电过程中，溶液中铵根离子浓度逐渐增大。写出该电池的正极反应式：_________________。

Answer

（1）CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) △H＝+161.1KJ/mol （2分）（不标状态、不配平、不写“+”、不写单位均不给分，不写“”不扣分）

（2）① a（2分） ②＜（2分）

③80℅ （2分） 276.5mol2· L-2（无单位不扣分）（2分）

④逆（1分） 将容器体积缩小为原来的1/2 （只写体积缩小的得1分）或加入等量的氢气（2分）

（3）N2+6e-+8H+==2NH4+ （2分）（不配平不给分）

【解析】

试题分析：（1）根据图像可知① H2(g)+1/2O2(g)＝H2O(g) △H＝—241.8KJ/mol，②CH4(g)＋3/2O2(g) CO(g)＋ 2H2O(g) △H＝—564.3KJ/mol，则根据盖斯定律可知②—①×3即得到热化学方程式为CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) △H＝+161.1KJ/mol。

（2）①根据反应式可知正方应是体积增大的可逆反应，即增大压强平衡向逆反应方向进行，则甲烷的含量升高。又因为正方应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向进行，甲烷的含量降低，则图2中表示1Mpa的是曲线a。

②正方应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向进行，该反应的平衡常数：600 ℃时＜700 ℃。

③已知：在700 ℃，1 MPa时，1 mol CH4与1 mol H2O在1 L的密闭容器中反应，6min达到平衡，根据图3可知平衡时氢气浓度是2.4mol/L，则根据方程式可知消耗甲烷是0.8mol/L，物质的量是0.8mol，因此此时CH4的转化率为。平衡时甲烷和水蒸气的浓度均是0.2mol/L，CO2的浓度是0.8mol/L，则该温度下反应的平衡常数为≈276.5。

④根据图3可知，由第一次平衡到第二次平衡时氢气的浓度先增大而后逐渐降低，这说明平衡向逆反应方向移动。由于瞬间氢气的浓度变为原来的2倍，则采取的措施可能是将容器体积缩小为原来的1/2 或加入等量的氢气。

（3）以N2、H2为电极反应物，以HCl－NH4Cl为电解质溶液制造新型燃料电池，放电过程中，溶液中铵根离子浓度逐渐增大，这说明正极氮气得到电子转化为铵根，则电池的正极反应式为N2＋6e-＋8H+==2NH4+。

考点：考查盖斯定律、外界条件对平衡状态的影响、平衡状态计算以及原电池应用等