Question

研究CO2与CH4反应使之转化为CO和H2，对减缓燃料危机、减小温室效应具有重要的意义．（1）已知：2CO（g）+

研究CO2与CH4反应使之转化为CO和H2，对减缓燃料危机、减小温室效应具有重要的意义．（1）已知：2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566kJ?mol-12H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=-484kJ?mol-1CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H=-890kJ?mol-1则：CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=______．（2）在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol/L的CH4 与CO2，在一定条件下发生反应CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g），测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图1：①下列事实能说明该反应一定达到平衡的是______．a．CO2的浓度不再发生变化b．υ正（CH4）=2υ逆（CO）c．混合气体的平均相对分子质量不发生变化d．CO与H2的物质的量比为1：1②据图可知，P1、P2、P3、P4由大到小的顺序为______．③在压强为P4、1100℃的条件下，该反应5min时达到平衡X点，则用CO表示该反应的速率为______，该温度下，反应的平衡常数为______．（3）用CO与H2可合成甲醇（CH3OH），以甲醇和氧气反应制成的燃料电池如图2所示，该电池工作过程中O2应从______（填“c或b”）口通入，电池负极反应式为______，若用该电池电解精炼铜，每得到6.4g铜，转移电子数目为______．

Answer 1

（1）已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ?mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ?mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890kJ?mol^-1
由盖斯定律，③-①-②得CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），故△H=-890kJ?mol^-1-（-566kJ?mol^-1）-（-484kJ?mol^-1）=+160kJ?mol^-1，
故答案为：+160kJ?mol^-1；
（1）对于CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），故△H=+160kJ?mol^-1，
①、a．平衡时反应混合物各组分的浓度不变，CO₂的浓度不再发生变化，说明到达平衡，故a正确；
b．υ_正（CH₄）=2υ_逆（CO），则υ_正（CH₄）：υ_逆（CO）=2：1，不等于化学计量数之比，未处于平衡状态，正反应速率大于逆反应速率，平衡向正反应进行，故b错误；
c．反应混合物的总质量不变，随反应进行，反应混合物的总的物质的量增大，平均相对分子质量减小，混合气体的平均相对分子质量不发生变化，说明到达平衡，故c正确；
d．CO与H₂的化学计量数为1：1，反应数值按物质的量比为1：1进行，不能说明到达平衡，故d错误；
故答案为：ac；
②由图可知，温度一定时，甲烷的转化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应进行，甲烷的转化率降低，故压强P₄＞P₃＞P₂＞P₁，故答案为：P₄＞P₃＞P₂＞P₁；
③由图1可知，压强为P₄、1100℃的条件下，该反应5min时达到平衡X点，是甲烷的转化率为80%，甲烷的浓度变化量为0.1mol/L×80%=0.08mol/L，故v（CH₄）=

0.08mol/L

5min

=0.016mol/（L?min），根据速率之比等于化学计量数之比，所以v（CO）=2v（CH₄）=2×0.16mol/（L?min）=0.032mol/（L?min），
               CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），
开始（mol/L）：0.1      0.1      0        0
变化（mol/L）：0.08     0.08     0.16     0.16 
平衡（mol/L）：0.02     0.02     0.16     0.16
故该温度下平衡常数k=

0.162×0.162

0.02×0.02

=1.64
故答案为：0.032mol/（L?min）；1.64；
（3）由图2可知，氢离子由左边转移到右边，左边有气体生成，故左边发生氧化反应，右边发生还原反应，反应中氧气发生还原反应，故氧气在c口通入，
电极总反应式为 2CH₃OH+3O₂=2CO₂↑+4H₂O，正极电极反应式为3O₂+12H⁺+12e^-=6H₂O，总反应式减去正极反应式可得负极电极反应式为：2CH₃OH+2H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺，
铜的物质的量为

6.4g

64g/mol

=0.1mol，根据电子转移守恒可知，转移电子等于铜离子转化为铜获得的电子，故转移电子数目为0.1mol×2×NAmol^-1=0.2N_A，
故答案为：c；2CH₃OH+2H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺；0.2N_A．