Question

Ⅰ．CO₂和CH₄是两种重要的温室气体，通过CH₄和CO₂的反应，制造更高价值的化学品是目前的研究目标。250℃时，以镍合金为催化剂，发生如下反应：CO₂(g)+CH₄(g)⇌2CO(g)+2H₂(g)

(1)此温度下该反应的平衡常数表达式K=               。

(2)已知：①CH₄(g)+2O₂(g)═CO₂(g)+2H₂O(g)   △H=﹣890.3kJ•mol^﹣1

② CO(g)+H₂O(g)═CO₂(g)+H₂(g)  △H=+2.8kJ•mol^﹣1

③2CO(g)+O₂(g)═2CO₂(g)   △H=﹣566.0kJ•mol^﹣1

反应CO₂(g)+CH₄(g)2CO(g)+2H₂(g)的△H=             kJ•mol^﹣1；

(3)利用上述反应①设计燃料电池(电解质溶液为氢氧化钾溶液)，写出电池负极的电极反应式            。

Ⅱ．能源短缺是人类社会面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上合成甲醇的反应原理为：CO(g)+2H₂(g)⇌CH₃OH(g)   △H。

下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数(K)：

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

(1)根据表中数据可判断△H       0 (填“＞”、“=”或“＜”)．

(2)300℃时，将2molCO、3molH₂和2molCH₃OH充入容积为1L的密闭容器中，此时反应将           (填序号)：A正向移动 B逆向移动  C处于平衡状态  D无法判断

(3)下列能说明上述反应达到化学平衡状态的标志是

A．恒温恒容下，混合气体的密度不在变化

B．达平衡时，v(CO)：v(H₂)：v(CH₃OH)=1：2：1

C．达平衡时，CH₃OH浓度不再变化

D．单位时间内生产nmolCO同时生成2nmolH₂

Answer

Ⅰ．(1)(2分)；(2)(2分)+247.3

(3)(2分)CH4—8e— +10OH—=CO32—+7H2O

Ⅱ.(1)(1分)＜ (2)(1分)A (3)(2分)C

【解析】

试题分析：Ⅰ．(1)平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，则CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的平衡常数表达式为K=；

(2)已知CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-890.3kJ•mol-1 ①

CO(g)+H2O (g)=CO2(g)+H2 (g)△H=2.8kJ•mol-1 ②

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ•mol-1 ③

根据盖斯定律，由①+②×2-③×2得，CO2(g)+CH4(g)⇌2CO(g)+2H2(g)

△H=-890.3kJ•mol-1+2.8kJ•mol-1×2+566.0kJ•mol-1×2=+247.3 kJ•mol-1；

(3)将反应CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)设计燃料电池(电解质溶液为氢氧化钾溶液)，负极发生氧化反应，其电极反应式为CH4—8e— +10OH—=CO32—+7H2O；

Ⅱ．(1)依据表中数据分析，随温度升高，平衡常数减小，说明平衡逆向进行正反应为放热反应，△H＜0；

(2)在300℃时，将2mol CO、3mol H2和2mol CH3OH充入容积为1L的密闭容器中，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，浓度商Q==1/9＜K=0.270，反应正向进行；故答案为A；

(3)A．容器体积不变，气体质量不变，密度始终不变，所以密度不变不能作为反应达到平衡状态的标志，故A错误；B．无论是否平衡，均存在v(CO)：v(H2)：v(CH3OH)=1：2：1，无法判断正逆反应速率是否相等，故B错误；C．达到平衡时，各反应物的浓度保持不变，所以达平衡时，CH3OH浓度不再变化，故C正确；D．单位时间内生产nmolCO同时生成2nmolH2，均为逆反应速率，不能判断正逆反应速率是否相等，所以不能说明反应达到平衡状态，故D错误；故答案为C。

考点：考查化学平衡的应用、原电池理论。