题目

题型：不详难度：来源：

（14分） 甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题：
（1）以天然气为原料制H₂是合成氨的一条重要的路线。甲烷的部分氧化可得到合成氨的原料气H₂，其反应式如下：
①CH（g）+1/2O（g）＝CO（g）+2H（g） H₁＝－35.6kJ·mol
试判断常温下,上述反应能否自发进行:          (填”能”或”否”)。有研究认为甲烷部分氧化的机理为：
②CH（g）+2O（g）＝CO₂（g）+2H₂O（g） H₂＝－890.3kJ·mol
③CH（g）+CO（g）＝2CO（g）+2H（g） H₃＝247.3kJ·mol
请结合以上条件写出CH₄和H₂O（g）生成CO和H₂的热化学反应方程式：
                                                                          。
⑵恒温下，向一个2L的密闭容器中充入1 molN₂和2.6 molH₂，反应过程中对NH₃的浓度进行检测，得到的数据如下表所示：
实验数据

时间/min	5	10	15	20	25	30
c(NH3)/( mol ·/L-1)	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

此条件下,该反应达到化学平衡时,氮气的浓度为              。
（3）如下图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液），通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。

①b处电极上发生的电极反应式是                            。
②电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH          （填写“变大”、“变小”或“不变”，下同），装置Ⅱ中Cu的物质的量浓度                  。
③若完全反应后，装置Ⅱ中阴极质量增加12.8g，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷        L （标准状况下）。

答案

（14分）（1）能（1分）
CH（g）+H₂O（g）＝CO（g）+3H₂（g）H＝250.3kJ·mol（3分）其余每空2分
（2）0.4 mol ·L^-1
（3）①   O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^-   ②变小   不变    ③  1.12

解析

（1）该反应为一个熵增的放热反应，可以自发进行；通过盖斯定律，首先写出目标反应CH₄(g)+H₂O(g)=CO(g)+3H₂(g)，该反应等于(①×4-②-③)，故ΔH=((-35.6)×4-(-890.3)-247.3)=250.3KJ/mol；
（2）

	N2+3H22NH3
始态mol/L	0.5	1.3	0
反应mol/L	0.1	0.3	0.20
终态mol/L	0.4	1.0	0.20

 
（3）铁棒镀铜，可以确定Cu为阳极，Fe为阴极，整个电镀过程中电解质浓度没有变化；
左边为燃料电池，a为负极，甲烷失电子，b为正极，发生还原反应O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^-，整个过程中KOH的量不变，但有水生成，浓度减小，pH变小。根据得失电子守恒可以确定，消耗甲烷为1.12L