Question

（2011?唐山模擬）在海底和青藏高原都發現了名為“可燃冰”的環保型新能源，主要成分是CH₄，CH₄在光照下可與Cl₂反應，也可以用CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇等新型燃料．
（1）CH₄可與Cl₂反應，其反應機理如下：
（2）Cl2→2Cl2△H=+243kJ?mol-1
①Cl2→2Cl    △H=+243KJ? mol-1
②Cl+CH4→CH3+HCl   △H=+4KJ?mol-1
③CH3+Cl2→CH3Cl+Cl    △H=-106KJ?mol-1
則CH₄與Cl₂反應生成CH₃Cl（g）的熱化學方程式為：
（2）在一定條件下，發生反應：CH₄（g）+H₂O（g）ClO（g）+3H₂（g）△H＞0．
在其它條件不變的情況下降低溫度，逆反應速率將

減小

（填“增大”、“減小”或“不變”）．若在2L密閉容器中發生反應，T℃時，通入2mol CH₄（g）和2mol H₂O（g），反應達平衡后，生成l mol CO，此時向容器中同時加入1mol CO和3molH₂的混合氣體（保持溫度不變），則平衡將

向逆反應方向

（填“向正反應方向”、“向逆反應方向”或“不”）移動，達到新平衡后平衡常數

不變

（3）CH₄（g）和H2O（g）生成的CO和H₂在一定條件下可發生反應CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）△H=-90.1kJ?mol-1，恒容條件下達平衡，下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO）增大的有

a

．（選填序號）．
a．再充入1mol H₂  b．使用健化劑  c．再充入2mol CO  d．升高溫度
（4）CH₄可用于設計燃料電池，甲烷燃料電池的工作原理如下圖所示：
     
 則正極的電極反應式為：

O₂+4e-+2H₂O=4OH-

；
反應一段時間后溶液的pH

降低

（填“升高”、“降低”或“不變”）．

Answer 1

分析：（1）據蓋斯定律反應CH₄（g）+Cl₂（g）=CH₃Cl（g）+HCl（g）可看成反應②+③得到；
（2）根溫度對正逆反應速率的影響一致，升高反應速率增大，降低溫度反應速率減小；根據等效平衡判斷化學平衡的移動；
（3）為使甲醇與一氧化碳的物質的量比值增大，應使平衡向正反應方向移動，或增加甲醇的物質的量；根據平衡常數只與溫度有關，與物質的起始濃度無關，利用平衡三部曲求出 T℃時，通入2mol CH₄（g）和2mol H₂O（g），反應達平衡后時，各物質的平衡濃度代入表達式來求解；
（4）根據氧氣得到電子化合價升高來書寫；根據總反應式判斷溶液的PH變化；

解答：解：（1）根據蓋斯定律反應CH₄（g）+Cl₂（g）=CH₃Cl（g）+HCl（g）可看成反應②+③得到，則△H=△H②+△H③；
所以CH₄與Cl₂反應生成CH₃Cl（g）的熱化學方程式為：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；
（2）因溫度對正逆反應速率的影響一致，降低溫度反應速率減小，故答案為：減小；
根據等效平衡可知壓強增大，平衡向氣體體積減小的方向移動，即向逆反應方向移動，T℃時，通入2mol CH₄（g）和2mol H₂O（g），反應達平衡后時，有
               CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）
起始（mol/L）    1       1               0      0
反應（mol/L）   0.5     0.5             0.5     1.5
平衡（mol/L）   0.5     0.5             0.5     1.5
所以平衡常數K=

1．53×0.5

0.5×0.5

=6.75，
平衡常數只與溫度有關，與物質的起始濃度無關，所以此時向容器中同時加入1mol CO和3molH₂的混合氣體（保持溫度不變），達到新平衡后平衡常數仍然為6.75，故答案為：向逆反應方向；不變；
（3）a、再充入1mol H₂，平衡向正反應方向移動，n（CH₃OH）/n（CO）增大，故a正確；
b、使用催化劑，化學反應加快，但平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO）不變，故b錯誤；
c、再充入2molCO，平衡雖然向正反應方向移動，n（CH₃OH）、n（CO）的物質的量增大，但n（CO）增加得更多，二者比值減少，故c錯誤；
d、升高溫度，平衡向逆反應方向移動，n（CH₃OH）/n（CO）減小，故d錯誤；
故選：a；
（4）氧氣得到電子，電極反應為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，該電池的反應式為2O₂+CH₄+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O，消耗了溶液中的氫氧根離子，且有溶劑水生成，導致溶液中氫氧根離子的濃度降低，故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；降低；

點評：本題主要考查了蓋斯定律、化學平衡常數、化學平衡移動、電極反應式的書寫，難度不大，注意基礎知識的積累．