Question

（2010?濟南二模）我國在青藏高原發(fā)現(xiàn)了名為“可燃冰”的環(huán)保型新能源．?
（1）“可燃冰”屬于化石燃料，主要成分是CH₄．另外還有兩種化石燃料，它們的名稱分別是

煤

和

石油

．?
（2）CH₄可與Cl₂反應，反應歷程如下?
①Cl-Cl→2Cl△H=243kJ?mol^-1
②Cl?+CH₃-H→CH₃+H-Cl△H=4kJ?mol^-1
③?CH₃+Cl-Cl→CH₃--Cl+Cl?△H=-106kJ?mol^-1
則CH₄與Cl₂反應生成CH₃-Cl（g）的熱化學方程式為

CH₄（g）+Cl₂（g）→CH₃Cl（g）+HCl（g）△H=-102 kJ?mol^-1

．
（3）CH₄可用于設(shè)計燃料電池，甲烷燃料電池的工作原理如圖1所示：

則通入CH₄的一極為原電池的

負極

（填“正極”或“負極”），正極的電極反應式為

O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-

．
（4）CH₄與H₂O在隔絕空氣、高溫和催化劑條件下反應：CH₄（g）+H₂O（g）

催化劑

高溫

 CO（g）+3H₂（g）△H=m kJ?mol^-1?則反應的平衡常數(shù)表達式K=

c(CO)c3(H2)

c(CH4)c(H2O)

，K的大小與溫度（T）的關(guān)系如圖2中曲線所示，則m

＞

0（填“＞”“=”或“＜”）；改變某一條件，使狀態(tài)從a點到達b點，若保持溫度不變，反應再次達到平衡時，則CH₄的轉(zhuǎn)化率

不確定

（填“增大”、“減小”、“不變”或“不確定”），反應的焓變（△H）將

不變

（填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析：（1）化石燃料包括天然氣、煤、石油；
（2）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（3）燃料電池中燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，正極是氧氣得到電子發(fā)生還原反應；
（4）依據(jù)化學平衡常數(shù)概念列式得到，用生成物平衡濃度的冪次方乘積除以反應物平衡濃度的冪次方乘積；平衡常數(shù)隨溫度變化，依據(jù)圖象分析反應熱量變化，a到b使狀態(tài)從a點到達b點，若保持溫度不變，b點不是平衡，甲烷轉(zhuǎn)化率可能增大或減小；反應焓變與始態(tài)和終態(tài)有關(guān)于變化過程無關(guān)；

解答：解：（1）化石燃料主要是天然氣、石油、煤；
故答案為：煤；石油；
（2）①Cl-Cl→2Cl△H=243kJ?mol^-1
②Cl?+CH₃-H→CH₃+H-Cl△H=4kJ?mol^-1
③?CH₃+Cl-Cl→CH₃--Cl+Cl?△H=-106kJ?mol^-1 ；
依據(jù)蓋斯定律②+③得到：CH₄（g）+Cl₂（g）→CH₃Cl（g）+HCl（g）△H=-102 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+Cl₂（g）→CH₃Cl（g）+HCl（g）△H=-102 kJ?mol^-1；
（3）甲烷燃料電池，燃料電池中燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，正極是氧氣得到電子發(fā)生還原反應，電解質(zhì)溶液是氫氧化鉀溶液，正極電極反應為：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-；
故答案為：負極；  O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-；?
（4）CH₄（g）+H₂O（g）

催化劑

高溫

CO（g）+3H₂（g）△H=m kJ?mol^-1；依據(jù)圖象分析隨溫度升高，平衡常數(shù)增大，反應是吸熱反應，m＞0；改變某一條件，使狀態(tài)從a點到達b點，不是沉淀溶解平衡，實現(xiàn)此變化，甲烷轉(zhuǎn)化率可能減小或增大，所以不能確定；反應焓變與始態(tài)和終態(tài)有關(guān)于變化過程無關(guān)；溫度不變焓變不變；
故答案為：

c(CO)c3(H2)

c(CH4)c(H2O)

；＞；  不確定；  不變；

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的應用，原電池的電極反應分析，平衡常數(shù)分析判斷，沉淀溶解平衡的建立和影響因素，題目難度中等．