Question

一定条件下，向容器中同时通入甲烷、氧气和水蒸气三种气体，发生的化学反应有：

反应过程	化学方程式	焓变	活化能
甲烷氧化
蒸汽重整

（1）已知：，则燃烧热_____。

（2）在初始阶段，甲烷蒸汽重整的反应速率小于甲烷氧化的反应速率，原因可能是______。

（3）恒温恒压体系（温度为，压强为），反应达到平衡时，各气体的物质的量均为，用某气体组分的平衡分压（分压=总压×物质的量分数）代替物质的量浓度也可表示平衡常数（记作）。则：

①平衡常数___。

②再向容器中瞬时同时充入、、、，此时（正）____（逆）（填“>”“<”或“=”）

③恒温恒容条件下，将、、、按照体积比投料，能判断反应达到平衡状态的是____。

A 密度保持不变     B 体积分数保持不变

C 平均摩尔质量保持不变    D 和的比保持不变

E 断裂的同时，有断裂

（4）向绝热恒容密闭容器中通入和使反应达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如图所示。图中点反应是否达到平衡，说明理由_____。

（5）利用重整反应，设计一种熔融碳酸盐燃料电池，原理示意图，电极上发生的电极反应为______。

 

Answer

重整反应活化能高（或开始时重整反应物浓度低；或开始时体系不能提供重整所需的热能等其他合理答案） （或） < BCDE 点不是平衡点，因为达到平衡后，正反应速率不会随着时间变化而变化（仅判断，不给分。其他合理答案也给分）

【解析】

（1）设 =-802.6kJ/mol为式①，

=-322.0kJ/mol为式②，

为式③，则H2的燃烧热方程式H2(g)+O2(g)=H2O(l)可以由(①-②) -③得出，故该反应的=-284.3kJ/mol；

（2）由表中数据可知，甲烷氧化的活化能低于蒸气重整的活化能，活化能越低，反应速率越快，故初始阶段，甲烷蒸汽重整的反应速率小于甲烷氧化的反应速率；

（3）①达到平衡时，各气体的物质的量均为，所以每个组分的分压都是，所以；

②若向容器中瞬时同时充入、、、，总物质的量为10mol，CH4、H2O、CO、H2的分压分别为、、、，此时用压强表示体系的浓度商为，＞，故平衡向逆向移动，（正）＜（逆）；

③判定反应达到平衡状态有两种方法，一是v正=v逆，二是变量不变；

A．密度，恒容条件下V是定值，根据质量守恒，气体的总质量m也是定值，故是定值，A不能判定平衡；

B．随着反应的进行，CO体积分数不断变化，当它不再变化时，说明反应达到平衡状态，B能判定平衡；

C．平均摩尔质量，m为定值，但反应前后系数之和不同，即n是变量，故M也是变量，C可以判定平衡；

D．和的投料比为3：1，反应比为1：3，故比值不是定值，D可以判定平衡；

E．断裂说明反应了1molH2O，是正反应方向，断裂说明反应了3molH2，是逆反应方向，故v正=v逆，E可以判定平衡；

故选BCDE。

（4）化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变，其实质是正反应速率等于逆反应速率，c点对应的正反应速率还在改变，故一定未达平衡；

（5）由图可知，H2和CO在A极上失电子生成CO2和H2O，故A是负极，那么B就是正极，在B极上，O2得电子与CO2生成，电极反应为：；