Question

CH₄和H₂O（g）可发生催化重整反应：CH₄（g）+H₂O（g） CO（g）+3H₂（g）。

（1）每消耗8g CH₄转移的电子的数目为                 。

（2）已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）   △H₁=akJ·mol^－1

②CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）   △H₂=bkJ·mol^－1

③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）   △H₃=ckJ·mol^－1

④CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）   △H₄

由此计算△H₄=              kJ·mol^－1。

（3）T℃时，向1L恒容密闭容器中投入1molCH₄和1molH₂O（g），发生反应：CH₄（g）+H₂O（g） CO（g）+3H₂（g），经过tmin，反应达到平衡。已知平衡时，c（CH₄）=0.5mol·L^－1。

①0～tmin内，该反应的平均反应速率v（H₂）=            。②T℃时，该反应的平衡常数K=          。

③当温度升高到（T+100）℃时，容器中c（CO）=0.75 mol·L^－1，则该反应是           反应（填“吸热”或“放热”）。

（4）已知熔融碳酸盐燃料电池的工作原理示意图如下：

①放电过程中K⁺和Na⁺向电极               （填“A”或“B”）移动。

②该电池的负极反应式为                  。

Answer

（1）3NA（2）c+3b－2a；

（3）①mol·L－1·min·－1；②6.75；③吸热；

（4）①B；②CO+3H2+4CO32――8e－=5CO2+3H2O；

【解析】

试题分析：（1）在反应CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）中，甲烷中碳元素的化合价由-4价升高到+2价，1mol甲烷转移6mol电子，8g甲烷的物质的量为8g÷16g/mol=0.5mol，则转移的电子数为0.5mol×6×NA=3NA。

（2）①2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H1=akJ·mol－1，

②CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g） △H2=bkJ·mol－1，

③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g） △H3=c kJ·mol－1，

根据盖斯定律，③+3×②-2×①得CH4（g）+H2O（g） CO（g）+3H2（g） △H4= c+3b－2akJ/mol。

（3）①根据题意，甲烷的最初浓度为1mol/L，经过tmin，反应达到平衡，平衡时c（CH4）=0.5mol·L－1，则反应消耗甲烷0.5mol，根据反应掉的浓度和化学计量数成正比，则反应消耗氢气为1.5mol/L，v（H2）=1.5/tmol·L－1·min·－1；②T℃时，向1L密闭容器中投入1molCH4和1mol H2O（g），平衡时c（CH4）=0.5mol•L-1，氢气的浓度为1.5mol/L，CO的浓度为0.5mol/L，水蒸气的浓度为0.5mol/L，则该温度K=[c（CO）•c3（H2）]÷[c（CH4）•c（H2O）]= [0.5×1.53]÷[0.5×0.5]=6.75；③当温度升高到（T+100）℃时，容器中c（CO）=0.75 mol·L－1，CO的浓度增大，说明平衡正反应方向移动，而升高温度，平衡向吸热反应方向移动，则该反应是吸热反应。

（4）①根据图示，CO和氢气在电极A放电发生氧化反应生成CO2和水，则电极A为负极，，电极B为正极，所以放电过程中K+和Na+向电极B移动；②该电池的负极为CO和氢气在电极放电发生氧化反应生成CO2和水，则电极反应式为CO+3H2+4CO32――8e－=5CO2+3H2O。

考点：考查氧化还原反应，盖斯定律的应用，化学反应速率的计算和原电池的工作原理。