Question

一定量的CH₄在恒压密闭容器中发生反应：CH₄(g)C(s) + 2H₂(g)。平衡时，体系中各气体体积分数与温度的关系如图所示：

（1）已知甲烷、碳、氢气的燃烧热分别为890.31kJ/mol、395.00kJ/mol、285.80kJ/mol，则该反应的反应热△H=__________。

（2）下列能说明反应一定达到平衡状态的是_______。

a.H₂和CH₄的体积分数相等        b．混合气体的平均相对分子质量不变

c．混合气体的密度不变            d．气体总压强不再变化

e．碳的质量不再改变

（3）T₂℃时，若在平衡体系中充入惰性气体，此时反应速率________（填“变大”、“变小”或“不变”），且v正_______v逆(填“>”、“<”或“=”)。

（4）T₄℃时，若在平衡体系中充入等体积的H₂和CH₄，则平衡_____移动，其理由是_______。

（5）T₃℃时，反应达平衡后CH₄的转化率为____________。

（6）CH₄能催化重整转化为CO和H₂，下图是一种熔融碳酸盐燃料电池示意图，电极A上CO参与电极反应方程式为____________________。

Answer

+76.29kJ/mol b、c、e 变小 > 不移动 H2、CH4的浓度不变 25% CO-2e-+CO32-=2CO2

【解析】(1)碳单质、氢气、甲烷的燃烧热(△H)分别为-393.5kJ/mol、-285.8kJ/mol、-890.3kJ/mol，则它们的热化学反应方程式分别为：①C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-395.0kJ/mol；②H2(g)+ O2(g)═H2O(l)△H=-285.80kJ/mol；③CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.31kJ/mol；根据盖斯定律，由①+②×2-③得，C(s)+2H2(g)=CH4(g)，△H=[(-395.0kJ/mol)+(-285.8kJ/mol)×2]-(-890.31kJ/mol)=-76.29kJ/mol，则CH4(g)C(s) +2H2(g) △H=+76.29kJ/mol，故答案为：+76.29kJ/mol；

(2)a.H2和CH4的体积分数相等，不表示浓度不变，不能说明达到平衡状态，错误；b．该反应的气体的质量和物质的量均发生变化，混合气体的平均相对分子质量不变，能够说明达到平衡状态，正确；c．该反应中气体的质量变化，而体积不变，混合气体的密度不变，能够说明达到平衡状态，正确；d．在恒压密闭容器中压强始终不变，不能说明达到平衡状态，错误；e．碳的质量不再改变，说明其他物质的质量也不变，能够说明达到平衡状态，正确；故选bce；

(3)T2℃时，若在平衡体系中充入惰性气体，容器的体积增大，相当于减小压强，反应速率变小，平衡正向移动，v正＞v逆，故答案为：变小；>；

(4)根据图像，T4℃时，H2和CH4的体积分数相等，若在平衡体系中充入等体积的H2和CH4，H2、CH4的浓度不变，平衡不移动，故答案为：不移动； H2、CH4的浓度不变；

(5)根据图像，T3℃时，平衡时，甲烷的体积分数为60%，根据CH4(g)C(s) +2H2(g)，设反应的甲烷的物质的量为x，甲烷的总量为1mol，则 ×100%=60%，解得：x=0.25mol，则平衡后CH4的转化率为 ×100%=25%，故答案为：25%；

(6)电解质没有OH-，负极反应为：H2+CO32--2e-=H2O+CO2 ，CO-2e-+CO32-=2CO2，故答案为： CO-2e-+CO32-=2CO2。

点睛：本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律的计算应用、化学平衡的计算、电极反应式的书写等。本题的易错点是热化学方程式的书写，要正确理解燃烧热的概念并正确书写燃烧热的热化学方程式，再利用盖斯定律书写。