Question

已知反应：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2kJ/mol，生成的CO₂与H₂以不同的体积比混合时在合适条件下的反应可制得CH₄．
（1）850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中，通入一定量的CO和H₂O（g），CO和H₂O（g）浓度变化如右图所示，下列说法正确的是______（填序号）．
A．达到平衡时，反应体系最终会放出49.44kJ热量
B．第4min时，混合气体的平均相对分子质量不再变化，可判断已达到平衡
C．第6min时，若升高温度，反应平衡常数会增大
D．第8min时，若充入CO，会导致v_（正）＞v_（逆），平衡向正反应方向移动
（2）850℃时，若在容积为2L的密闭容器中同时充入1.0mol CO、3.0mol H₂O、1.0mol CO₂和x mol H₂．若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是______．
（3）如将H₂ 与CO₂以4：1的体积比混合，在适当的条件下可制得CH₄．已知：
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
H₂（g）+O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol
则CO₂（g）与H₂（g）反应生成CH₄（g）与液态水的热化学方程式是______．
（4）熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极．负极反应式为______，正极反应式为______．为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定．为此电池工作时必须有部分A物质参加循环，则A物质的化学式是______．实验过程中，若通入了标准状况下空气448L（假设空气中O₂体积分数为20%），则熔融盐燃料电池消耗标准状况下CH₄______L．

Answer 1

【答案】分析：（1）A．根据一氧化碳或水蒸气与反应热的关系计算；
B．相对分子质量与其摩尔质量在数值上相等，根据质量和物质的量计算其摩尔质量；
C．升高温度，平衡向吸热反应方向移动，根据反应物和生成物浓度变化判断；
D．增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动；
（2）要使平衡向正反应方向移动，则浓度商应该大于平衡常数；
（3）根据盖斯定律计算；
（4）负极上燃料失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应；二氧化碳参加反应，所以要不断补充二氧化碳，根据氧气和甲烷之间的关系式计算．
解答：解：（1）A．1.2mol水蒸气参加反应，通常条件下放出的热量为41.2kJ/mol×1.2mol=49.44kJ，故A正确；
B．由图可知4min时到达平衡，随反应进行，混合气体总质量不变，总物质的量不变，平均相对分子质量始终不变，所以不能作为平衡状态的判断依据，故B错误；
C．该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，平衡常数减小，故C错误；
D．第8min时，若充入CO，反应物浓度增大，会导致v_（正）＞v_（逆），平衡向正反应方向移动，故D正确；
故选AD；
（2）由图可知，平衡时CO的浓度为0.08mol/L，则：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始（mol/L）：0.2    0.3       0       0      
变化（mol/L）：0.12   0.12      0.12    0.12
变化（mol/L）：0.08   0.18      0.12    0.12
故平衡常数k==1，
平衡向正反应方向移动，浓度商小于平衡常数，即＜1，解得x＜3，
故答案为：x＜3；
（3）已知：①CH₄ （g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
②H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol
由盖斯定律，②×4-①得CO₂（g）+4H₂（g）═CH₄ （g）+2H₂O（l）△H=-252.9 kJ/mol  
故答案为：CO₂（g）+4H₂（g）═CH₄ （g）+2H₂O（l）△H=-252.9 kJ/mol；
（4）负极上甲烷失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，正极上氧化剂得电子发生还原反应，电极反应式为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳（CO₂），所以要不断补充二氧化碳，
根据转移电子相等计算，若通入了标准状况下空气448L（假设空气中O₂体积分数为20%），则熔融盐燃料电池消耗标准状况下CH₄体积==44.8L，
故答案为：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；CO₂；44.8．
点评：本题考查较综合，涉及原电池原理、盖斯定律、化学平衡移动等知识点，难度较大，这些都是考试热点，要重点掌握．