Question

【題目】（1）CH4可用于設計燃料電池，甲烷燃料電池的工作原理如圖（左）所示：原電池工作過程中OH－的作用是_______________；負極電極反應式為：_____________。若電路中轉移電子數為0.8NA，左側溶液中pH________（填“增大”，“減小”，”不變”）（忽略溶液體積的變化），右側的OH－物質的量變化量為_________。

（2）CH4與H2O在隔絕空氣、高溫和催化劑條件下反應：

CH4（g）+H2O（g） CO（g）+3H2（g） ΔH=m kJ·mol—1

則反應的平衡常數表達式K＝______________，K的大小與溫度（T）的關系如上圖（右）中曲線所示，則m__________0（填“＞”“＝”或“＜”）；改變某一條件，使狀態從a點到達b點，若保持溫度不變，反應再次達到平衡時，則CH4的轉化率___________（填“增大”、“減小”、“不變”或“不確定”），反應的焓變（△H）將_______________（填“增大”、“減小”或“不變”）。

Answer 1

【答案】（1）參與電極反應，定向移動形成電流（各1分，共2分）；

CH4－8e－＋10OH－＝CO3－＋7H2O（2分）；不變（1分）；0.2mol（2分）

（2）（2分）；＞（2分）；不確定（2分）；不變（2分）

【解析】

試題分析：（1）甲烷失去電子轉化為CO2，CO2結合氫氧根生成碳酸根，則氫氧根的作用是參與電極反應，定向移動形成電流；負極通入甲烷，電極反應式為CH4－8e－＋10OH－＝CO3－＋7H2O；。若電路中轉移電子數為0.8NA，正極消耗氧氣是0.2mol，生成氫氧根是0.8mol，由于生成的氫氧根向負極移動，所以左側溶液中pH不變”。根據負極電極反應式可知右側甲烷消耗1mol氫氧根，所以右側的OH－物質的量變化量為1mol－0.8mol＝0.2mol。

（2）化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，則根據方程式CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）可知反應的平衡常數表達式K＝，根據圖像可知升高溫度K增大，所以正反應是吸熱反應，m＞0；由于不能確定改變的條件，所以使狀態從a點到達b點，若保持溫度不變，反應再次達到平衡時，不能確定CH4的轉化率如何變化；焓變只與反應物和生成物總能量的相對大小有關系，所以△H不變。