Question

（14分） 甲烷作為一種新能源在化學領域應用廣泛，請回答下列問題：?
（1）以天然氣為原料制H₂是合成氨的一條重要的路線。甲烷的部分氧化可得到合成氨的原料氣H₂，其反應式如下：
①CH（g）+1/2O（g）＝CO（g）+2H（g） H₁＝－35.6kJ·mol
試判斷常溫下,上述反應能否自發進行:          (填”能”或”否”)。有研究認為甲烷部分氧化的機理為：
②CH（g）+2O（g）＝CO₂（g）+2H₂O（g） H₂＝－890.3kJ·mol
③CH（g）+CO（g）＝2CO（g）+2H（g） H₃＝247.3kJ·mol
請結合以上條件寫出CH₄和H₂O（g）生成CO和H₂的熱化學反應方程式：
                                                                          。
⑵恒溫下，向一個2L的密閉容器中充入1 molN₂和2.6 molH₂，反應過程中對NH₃的濃度進行檢測，得到的數據如下表所示：
實驗數據

時間/min	5	10	15	20	25	30
c(NH3)/( mol ·/L-1)	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

此條件下,該反應達到化學平衡時,氮氣的濃度為              。
（3）如下圖所示，裝置Ⅰ為甲烷燃料電池（電解質溶液為KOH溶液），通過裝置Ⅱ實現鐵棒上鍍銅。?

①b處電極上發生的電極反應式是                            。
②電鍍結束后，裝置Ⅰ中溶液的pH          （填寫“變大”、“變小”或“不變”，下同），裝置Ⅱ中Cu的物質的量濃度                  。
③若完全反應后，裝置Ⅱ中陰極質量增加12.8g，則裝置Ⅰ中理論上消耗甲烷        L （標準狀況下）。

Answer 1

（14分）（1）能（1分）
CH（g）+H₂O（g）＝CO（g）+3H₂（g）H＝250.3kJ·mol（3分）其余每空2分
（2）0.4 mol ·L^-1
（3）①   O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^-   ②變小   不變    ③  1.12

（1）該反應為一個熵增的放熱反應，可以自發進行；通過蓋斯定律，首先寫出目標反應CH₄(g)+H₂O(g)=CO(g)+3H₂(g)，該反應等于(①×4-②-③)，故ΔH=((-35.6)×4-(-890.3)-247.3)=250.3KJ/mol；
（2）

	N2+3H22NH3
始態mol/L	0.5	1.3	0
反應mol/L	0.1	0.3	0.20
終態mol/L	0.4	1.0	0.20

 
（3）鐵棒鍍銅，可以確定Cu為陽極，Fe為陰極，整個電鍍過程中電解質濃度沒有變化；
左邊為燃料電池，a為負極，甲烷失電子，b為正極，發生還原反應O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^-，整個過程中KOH的量不變，但有水生成，濃度減小，pH變小。根據得失電子守恒可以確定，消耗甲烷為1.12L