Question

【題目】CH4、H2、C都是優質的能源物質，它們燃燒的熱化學方程式為： ①CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890.3kJ/mol
②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=﹣571.6kJ/mol
③C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=﹣393.5kJ/mol
（1）深海中存在一種甲烷細菌，它們依靠酶使甲烷與O2作用產生的能量存活，甲烷細菌使1mol甲烷生成CO2氣體與液態水，放出的能量（填“＞”“＜”或“=”）890.3kJ．
（2）甲烷與CO2可用于合成合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣）：CH4+CO2═2CO+2H2 ， 1gCH4完全反應可釋放15.46kJ的熱量，則： ①圖1中能表示該反應過程中能量變化的是（填字母）．

②若將物質的量均為1mol的CH4與CO2充入某恒容密閉容器中，體系放出的熱量隨著時間的變化如圖2所示，則CH4的轉化率約為 ．

（3）C（s）與H2（g）不反應，所以C（s）+2H2（g）═CH4（g）的反應熱無法直接測量，但通過上述反應可求出C（s）+2H2（g）═CH4（g）的反應熱△H= ．
（4）圖3是甲烷燃料電池原理示意圖，請回答下列問題：
①電池的負極是（填“a”或“b”）電極，正極上的電極反應是 ．
②電池工作一段時間后電解質溶液的pH（填“增大”“減小”或“不變”）．

Answer 1

【答案】
（1）=
（2）D；63%
（3）﹣74.8 kJ?mol﹣1
（4）a；O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣；減小
【解析】解：（1）CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890，.3kJmol﹣1 ， 得到甲烷細菌使1mol甲烷生成CO2氣體與液態水放出的熱量等于890，.3kJmol﹣1 ， 所以答案是：=；（2）①甲烷與CO2可用于合成合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣）：CH4+CO2═2CO+2H2 ， 1g CH4完全反應可釋放15.46kJ的熱量，計算1mol甲烷完全反應放出的熱量=15.46KJ×16=247.36KJ，反應焓變△H=﹣247.36KJ/mol，反應為放熱反應，反應物能量高于生成物，反應的熱化學方程式為：CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g） ， △H=﹣247.36KJ/mol，符合能量變化的圖象只有D符合，
所以答案是：D； ②反應的熱化學方程式為：CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g） ， △H=﹣247.36KJ/mol，圖象可知反應達到平衡狀態放出熱量155.80KJ，則反應的甲烷物質的量= =0.63mol，甲烷轉化率為63%，
所以答案是：63%；（3）已知：①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）；△H1=﹣890.3kJ/mol；②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=﹣571.6kJmol﹣1③C（s）+O2（g）=CO2（g）；△H2=﹣393.5kJ/mol
蓋斯定律計算，②+③﹣①得到，反應C（石墨，s）+2H2（g）=CH4（g）△H=﹣74.8 kJmol﹣1 ，
所以答案是：﹣74.8 kJmol﹣1；（4）：①堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極a為原電池的負極，該極上是燃料發生失電子的氧化反應，通入氧氣的一極為原電池的正極，發生得電子的還原反應，即O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣ ， 所以答案是：a；O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣；②在堿性溶液中，甲烷燃料電池的總反應式為CH4+2O2+2OH﹣=CO32﹣+3H2O，電池工作一段時間后，由于氫氧根離子被消耗，所以電解質溶液的pH會減小，
所以答案是：減�。�
【考點精析】關于本題考查的反應熱和焓變和化學平衡的計算，需要了解在化學反應中放出或吸收的熱量，通常叫反應熱；反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%才能得出正確答案．