Question

（1）CH₄可用于設(shè)計(jì)燃料電池，兩極區(qū)電解質(zhì)溶液均為KOH溶液．甲烷燃料電池的工作原理如圖甲所示：原電池工作過(guò)程中OH^-的作用是

 

；負(fù)極電極反應(yīng)式為：

 

．若電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.8N_A，右側(cè)溶液中n（OH^-）的變化量為

 

．

（2）CH₄與H₂O在隔絕空氣、高溫和催化劑條件下反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=m kJ?mol^-1則反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

 

，K的大小與溫度（T）的關(guān)系如上圖乙中曲線所示，則m

 

0（填“＞”“=”或“＜”）；改變某一條件，使?fàn)顟B(tài)從a點(diǎn)到達(dá)b點(diǎn)，若保持溫度不變，反應(yīng)再次達(dá)到平衡時(shí)，則CH₄的轉(zhuǎn)化率

 

（填“增大”、“減小”、“不變”或“不一定”），反應(yīng)的焓變（△H）將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素

專(zhuān)題：

分析：（1）原電池放電時(shí)氫氧根離子定向移動(dòng)形成電流，從而將整個(gè)裝置形成閉合回路；
該燃料電池中負(fù)極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水；
若電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.8N_A，根據(jù)電極反應(yīng)式知，負(fù)極上消耗1mol氫氧根離子，溶液中左側(cè)氫氧根離子有0.8mol移向右側(cè)，據(jù)此計(jì)算右側(cè)溶液中n（OH^-）的變化量；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；
根據(jù)圖象知，溫度越高K越大，則該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其焓變大于0；
改變某一條件，使?fàn)顟B(tài)從a點(diǎn)到達(dá)b點(diǎn)，若保持溫度不變，平衡常數(shù)不變，b狀態(tài)濃度商小于平衡常數(shù)，則平衡可能向正反應(yīng)方向移動(dòng)也可能向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
反應(yīng)焓變與始態(tài)和終態(tài)及變化過(guò)程無(wú)關(guān)．

解答： 解：（1）原電池放電時(shí)氫氧根離子定向移動(dòng)形成電流，從而將整個(gè)裝置形成閉合回路，所以原電池工作過(guò)程中OH^-的作用是參與電極反應(yīng)，定向移動(dòng)形成電流；
該燃料電池中負(fù)極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
若電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.8N_A，根據(jù)電極反應(yīng)式知，負(fù)極上消耗1mol氫氧根離子，溶液中左側(cè)氫氧根離子有0.8mol移向右側(cè)，所以右側(cè)溶液中n（OH^-）的變化量為0.2mol；
故答案為：參與電極反應(yīng)，定向移動(dòng)形成電流；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；0.2mol；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)K=

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)．c(H2O)

；
根據(jù)圖象知，溫度越高K越大，則該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其焓變大于0，所以m＞0；
改變某一條件，使?fàn)顟B(tài)從a點(diǎn)到達(dá)b點(diǎn)，若保持溫度不變，平衡常數(shù)不變，b狀態(tài)濃度商小于平衡常數(shù)，如果是增大甲烷濃度，則甲烷轉(zhuǎn)化率減小，如果是增大水蒸氣濃度，則甲烷轉(zhuǎn)化率增大，所以甲烷的轉(zhuǎn)化率不一定；
反應(yīng)焓變與始態(tài)和終態(tài)及變化過(guò)程無(wú)關(guān)，所以焓變不變，
故答案為：

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)．c(H2O)

；＞；不一定；不變．

點(diǎn)評(píng)：本題考查原電池原理和化學(xué)平衡移動(dòng)影響因素，側(cè)重考查基本理論，知道燃料電池中各個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)、影響平衡移動(dòng)的因素即可解答，注意（1）中右側(cè)溶液中n（OH^-）的變化為反應(yīng)掉的n（OH^-）與由左側(cè)移向右側(cè)n（OH^-）之差，為易錯(cuò)點(diǎn)．