Question

已知反應：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2kJ/mol，生成的CO₂與H₂以不同的體積比混合時在合適條件下的反應可制得CH₄．
（1）850℃時在一體積為10L的恒容密閉容器中，通入一定量的CO和H₂O（g），CO和H₂O（g）濃度變化如右圖所示，下列說法正確的是______（填序號）．
A．達到平衡時，反應體系最終會放出49.44kJ熱量
B．第4min時，混合氣體的平均相對分子質量不再變化，可判斷已達到平衡
C．第6min時，若升高溫度，反應平衡常數會增大
D．第8min時，若充入CO，會導致v_（正）＞v_（逆），平衡向正反應方向移動
（2）850℃時，若在容積為2L的密閉容器中同時充入1.0mol CO、3.0mol H₂O、1.0mol CO₂和x mol H₂．若要使上述反應開始時向正反應方向進行，則x應滿足的條件是______．
（3）如將H₂ 與CO₂以4：1的體積比混合，在適當的條件下可制得CH₄．已知：
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
H₂（g）+O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol
則CO₂（g）與H₂（g）反應生成CH₄（g）與液態水的熱化學方程式是______．
（4）熔融鹽燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質，以CH₄為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料為電極．負極反應式為______，正極反應式為______．為了使該燃料電池長時間穩定運行，電池的電解質組成應保持穩定．為此電池工作時必須有部分A物質參加循環，則A物質的化學式是______．實驗過程中，若通入了標準狀況下空氣448L（假設空氣中O₂體積分數為20%），則熔融鹽燃料電池消耗標準狀況下CH₄______L．

Answer 1

【答案】分析：（1）A．根據一氧化碳或水蒸氣與反應熱的關系計算；
B．相對分子質量與其摩爾質量在數值上相等，根據質量和物質的量計算其摩爾質量；
C．升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，根據反應物和生成物濃度變化判斷；
D．增大反應物濃度，平衡向正反應方向移動；
（2）要使平衡向正反應方向移動，則濃度商應該大于平衡常數；
（3）根據蓋斯定律計算；
（4）負極上燃料失電子發生氧化反應，正極上氧化劑得電子發生還原反應；二氧化碳參加反應，所以要不斷補充二氧化碳，根據氧氣和甲烷之間的關系式計算．
解答：解：（1）A．1.2mol水蒸氣參加反應，通常條件下放出的熱量為41.2kJ/mol×1.2mol=49.44kJ，故A正確；
B．由圖可知4min時到達平衡，隨反應進行，混合氣體總質量不變，總物質的量不變，平均相對分子質量始終不變，所以不能作為平衡狀態的判斷依據，故B錯誤；
C．該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，平衡常數減小，故C錯誤；
D．第8min時，若充入CO，反應物濃度增大，會導致v_（正）＞v_（逆），平衡向正反應方向移動，故D正確；
故選AD；
（2）由圖可知，平衡時CO的濃度為0.08mol/L，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol/L）：0.2    0.3       0       0      
變化（mol/L）：0.12   0.12      0.12    0.12
變化（mol/L）：0.08   0.18      0.12    0.12
故平衡常數k==1，
平衡向正反應方向移動，濃度商小于平衡常數，即＜1，解得x＜3，
故答案為：x＜3；
（3）已知：①CH₄ （g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
②H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol
由蓋斯定律，②×4-①得CO₂（g）+4H₂（g）═CH₄ （g）+2H₂O（l）△H=-252.9 kJ/mol  
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）═CH₄ （g）+2H₂O（l）△H=-252.9 kJ/mol；
（4）負極上甲烷失電子發生氧化反應，電極反應式為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，正極上氧化劑得電子發生還原反應，電極反應式為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
電池是以熔融碳酸鹽為電解質，可以循環利用的物質只有二氧化碳（CO₂），所以要不斷補充二氧化碳，
根據轉移電子相等計算，若通入了標準狀況下空氣448L（假設空氣中O₂體積分數為20%），則熔融鹽燃料電池消耗標準狀況下CH₄體積==44.8L，
故答案為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；CO₂；44.8．
點評：本題考查較綜合，涉及原電池原理、蓋斯定律、化學平衡移動等知識點，難度較大，這些都是考試熱點，要重點掌握．