Question

【题目】CH4、H2、C都是优质的能源物质，它们燃烧的热化学方程式为： 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）深海中存在一种甲烷细菌，它们依靠酶使甲烷与O2作用产生的能量存活，甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水，放出的能量（填“＞”“＜”或“=”）890.3kJ．
（2）甲烷与CO2可用于合成合成气（主要成分是一氧化碳和氢气）：CH4+CO2═2CO+2H2 ， 1gCH4完全反应可释放15.46kJ的热量，则： ①图1中能表示该反应过程中能量变化的是（填字母）．

②若将物质的量均为1mol的CH4与CO2充入某恒容密闭容器中，体系放出的热量随着时间的变化如图2所示，则CH4的转化率约为 ．

（3）C（s）与H2（g）不反应，所以C（s）+2H2（g）═CH4（g）的反应热无法直接测量，但通过上述反应可求出C（s）+2H2（g）═CH4（g）的反应热△H= ．
（4）图3是甲烷燃料电池原理示意图，请回答下列问题：
①电池的负极是（填“a”或“b”）电极，正极上的电极反应是 ．
②电池工作一段时间后电解质溶液的pH（填“增大”“减小”或“不变”）．

Answer 1

【答案】
（1）=
（2）D；63%
（3）﹣74.8 kJ?mol﹣1
（4）a；O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣；减小
【解析】解：（1）CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890，.3kJmol﹣1 ， 得到甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水放出的热量等于890，.3kJmol﹣1 ， 所以答案是：=；（2）①甲烷与CO2可用于合成合成气（主要成分是一氧化碳和氢气）：CH4+CO2═2CO+2H2 ， 1g CH4完全反应可释放15.46kJ的热量，计算1mol甲烷完全反应放出的热量=15.46KJ×16=247.36KJ，反应焓变△H=﹣247.36KJ/mol，反应为放热反应，反应物能量高于生成物，反应的热化学方程式为：CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g） ， △H=﹣247.36KJ/mol，符合能量变化的图象只有D符合，
所以答案是：D； ②反应的热化学方程式为：CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g） ， △H=﹣247.36KJ/mol，图象可知反应达到平衡状态放出热量155.80KJ，则反应的甲烷物质的量= =0.63mol，甲烷转化率为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
盖斯定律计算，②+③﹣①得到，反应C（石墨，s）+2H2（g）=CH4（g）△H=﹣74.8 kJmol﹣1 ，
所以答案是：﹣74.8 kJmol﹣1；（4）：①碱性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极a为原电池的负极，该极上是燃料发生失电子的氧化反应，通入氧气的一极为原电池的正极，发生得电子的还原反应，即O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣ ， 所以答案是：a；O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣；②在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为CH4+2O2+2OH﹣=CO32﹣+3H2O，电池工作一段时间后，由于氢氧根离子被消耗，所以电解质溶液的pH会减小，
所以答案是：减小．
【考点精析】关于本题考查的反应热和焓变和化学平衡的计算，需要了解在化学反应中放出或吸收的热量，通常叫反应热；反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%；产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质的量×100%才能得出正确答案．