Question

甲烷和水在高温的条件下反应生成一氧化碳和氢气的化学反应方程式

（1）工业上可利用“甲烷蒸气转化法”生产氢气，反应为甲烷和水蒸气在高温和催化剂存在的条件下生成一氧化碳和氢气，有关反应的能量变化如图1： 图1 则该反应的热化学方程式_____________________________________。 （2）已知温度、压强对甲烷平衡含量的影响如图2，请回答： 图2 图3 ①图26-2中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1Mpa、2Mpa时甲烷含量曲线，其中表示1Mpa的是________。 ②该反应的平衡常数：600 ℃时________700 ℃(填“>”“<”或“＝”)。 ③已知：在700 ℃，1 MPa时，1 mol CH4与1 mol H2O在1 L的密闭容器中反应，6min达到平衡(如图3)，此时CH4的转化率为________________，该温度下反应的平衡常数为______________(结果保留小数点后一位数字)。 ④从图3分析，由第一次平衡到第二次平衡，平衡移动的方向是_____________(填“向正反应方向”或“向逆反应方向”)，采取的措施可能是_____________________。 （3）以N2、H2为电极反应物，以HCl－NH4Cl为电解质溶液制造新型燃料电池，放电过程中，溶液中铵根离子浓度逐渐增大。写出该电池的正极反应式：_________________。

Answer 1

（1）CH4(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) △H =+161.1KJ/mol （2分） （2）① a （2分） ② ﹤ （2分） ③80℅（2分） 276.5mol2· L-2 （2分） ④逆（1分 将容器体积缩小为原来的1/2 或加入等量的氢气（2分） （3）N2+6e-+8H+==2NH4+ （2分） 【命题立意】本题考查热化学方程式，化学平衡的建立及其影响因素，原电池工作原理； （1）、图1所示反应热化学方程式为：H2(g)+1/2 O2(g)→ H2O(g) △H1=-241.8 KJ/mol ① 2CH4(g) +3O2(g)→2CO(g) +4H2O(g) △H2=-563.4KJ/mol ② 甲烷和水蒸气在高温和催化剂存在的条件下生成一氧化碳和氢气的方程式为：CH4（g）+H2O（g） CO（g）+3H2（g）③，则③=②-3×①，根据盖斯定律，有△H3=△H2-3×△H1=-564.3+3×241.8= +161.1KJ/mol，故该反应热化学方程式为：CH4(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) △H =+161.1KJ/mol；(2)、①对于吸热反应，压强一定时，升高温度，平衡正向移动，甲烷含量应减少，故排除曲线c、d；温度一定时，增大压强，平衡逆向移动，甲烷含量将增加，故曲线a表示1MPa时的甲烷含量曲线；②吸热反应，升高温度，平衡正向移动，K值增大，故K(600 ℃)﹤K(700 ℃)； ③根据题目所给数据对反应建立三段式过程分析，则 CH4（g）+H2O（g） CO（g）+3H2（g） 起始（mol/L） 1 1 0 0 转化（mol/L） 0.8 0.8 0.8 2.4 平衡（mol/L） 0.2 0.2 0.8 2.4 故可知：CH4的转化率为80%， 平衡常数K=c(CO)·c(H2)3/c(CH4)c(H2O)=0.8×2.43/0.2×0.2=276.5；④、从图3分析，第7min时，H2浓度瞬间由2.4mol/L增大为4.8mol/L，且随着反应的进行浓度不断减小，可知平衡在向逆向移动，改变的条件可能是加入等量的氢气或将容器体积缩小为原来的1/2 ；(3)电池放电时，正极发生还原反应，由溶液中铵根离子浓度逐渐增大可知，正极N2得到电子被还原为NH4+，电极方程式为：N2+6e-+8H+==2NH4+；