Question

蕴藏在海底的大量“可燃冰”，其开发利用是当前解决能源危机的重要课题。CH₄(g)+2H₂O(g)CO₂(g)+4H₂(g)ΔH₃=+akJ·mol^-1

化学键	C—H	H—H	H—O
键能kJ/mol	b	c	d

(1)写出甲烷的结构式___________

(2)C=O的键能为_______________kJ/mol(用含a、b、c、d的式子表示)

(3)恒温条件下，在体积恒为0.5L的密闭容器中通入一定量甲烷和水蒸气，发生上述反应。测得甲烷物质的量随时间变化如下表所示。0～10min内用H₂O的浓度表示该反应的平均速率为υ(H₂O)=_____________

时间/min	0	10	20	40	50	60
n(CH4)/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10	0.10

(4)恒温恒容情况下，下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是_______________。

a．混合气体的平均相对分子质量保持不变b．CO₂和H₂的体积分数比为1﹕4

c．混合气体的密度保持不变d．1molCO₂生成的同时有4molH-H键断裂

(5)写出甲烷燃料电池，以KOH溶液为介质时，负极的电极反应式______

Answer

2b+2d-2c- 0.06mol∙L−1∙min−1 ad 10OH－+CH4－8e－=+7H2O

【解析】

(1)甲烷的分子式为CH4，甲烷为正四面体结构，结构式为：，

故答案为：；

(2)根据ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和计算，ΔH3=4b+4d-2E(C=O)-4c=a，解得：E(C=O)= 2b+2d-2c-，

故答案为：2b+2d-2c-；

(3) 0～10min内甲烷的反应物质的量变化量为：0.50 mol -0.35 mol =0.15mol，，根据速率之比等于化学计量数之比，可得υ(H2O)= ，

故答案为：0.06mol∙L−1∙min−1；

(4) a．反应前后气体的总质量不变，气体的物质的量增加，则反应过程中混合气体的平均相对分子质量是变量，当其保持不变时反应达到平衡状态，故a可说明反应达到平衡状态；

b．CO2和H2均为产物，反应过程中两者的物质的量之比始终等于化学计量数之比，体积分数比为1﹕4不变，故b不可说明该反应达到平衡状态；

c．反应过程中气体质量不变，容器体积不变，则气体的密度始终保持恒定，因此混合气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡状态；

d．1molCO2生成是正向反应，同时有4molH-H键断裂是逆向反应，且速率比等于化学计量数之比，可说明反应达到平衡状态；

故答案为：ad；

(5)甲烷燃料电池负极是甲烷反应转变成二氧化碳，在碱性条件最终转变成碳酸根离子，负极反应式为：10OH－+CH4－8e－=+7H2O，

故答案为：10OH－+CH4－8e－=+7H2O；