Question

【題目】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） ΔH1＝－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） ΔH2＝－890.3kJ·mol；

③CH（g）+CO（g）＝2CO（g）+2H（g） ΔH3＝+247.3kJ·mol，請結合以上三個反應與條件寫出CH4和H2O（g）生成CO和H2的熱化學反應方程式：________________________________。

（2）恒溫下，向一個2L的密閉容器中充入1 mol N2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：

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

【答案】 能 CH（g）+H2O（g）＝CO（g）+3H2（g）ΔH＝+250.3kJ·mol 0.4 mol ·L-1 O2＋2H2O＋4e－=4OH- 變小 不變 1.12

【解析】（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