Question

【題目】蘊藏在海底的大量“可燃冰”，其開發利用是當前解決能源危機的重要課題。CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)ΔH3=+akJ·mol-1

化學鍵	C—H	H—H	H—O
鍵能kJ/mol	b	c	d

(1)寫出甲烷的結構式___________

(2)C=O的鍵能為_______________kJ/mol(用含a、b、c、d的式子表示)

(3)恒溫條件下，在體積恒為0.5L的密閉容器中通入一定量甲烷和水蒸氣，發生上述反應。測得甲烷物質的量隨時間變化如下表所示。0～10min內用H2O的濃度表示該反應的平均速率為υ(H2O)=_____________

時間/min	0	10	20	40	50	60
n(CH4)/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10	0.10

(4)恒溫恒容情況下，下列敘述能說明此反應達到平衡狀態的是_______________。

a．混合氣體的平均相對分子質量保持不變b．CO2和H2的體積分數比為1﹕4

c．混合氣體的密度保持不變d．1molCO2生成的同時有4molH-H鍵斷裂

(5)寫出甲烷燃料電池，以KOH溶液為介質時，負極的電極反應式______

Answer 1

【答案】 2b+2d-2c- 0.06molL1min1 ad 10OH－+CH4－8e－=+7H2O

【解析】

(1)甲烷的分子式為CH4，甲烷為正四面體結構，結構式為：，

故答案為：；

(2)根據ΔH=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和計算，ΔH3=4b+4d-2E(C=O)-4c=a，解得：E(C=O)= 2b+2d-2c-，

故答案為：2b+2d-2c-；

(3) 0～10min內甲烷的反應物質的量變化量為：0.50 mol -0.35 mol =0.15mol，，根據速率之比等于化學計量數之比，可得υ(H2O)= ，

故答案為：0.06molL1min1；

(4) a．反應前后氣體的總質量不變，氣體的物質的量增加，則反應過程中混合氣體的平均相對分子質量是變量，當其保持不變時反應達到平衡狀態，故a可說明反應達到平衡狀態；

b．CO2和H2均為產物，反應過程中兩者的物質的量之比始終等于化學計量數之比，體積分數比為1﹕4不變，故b不可說明該反應達到平衡狀態；

c．反應過程中氣體質量不變，容器體積不變，則氣體的密度始終保持恒定，因此混合氣體的密度保持不變不能說明反應達到平衡狀態；

d．1molCO2生成是正向反應，同時有4molH-H鍵斷裂是逆向反應，且速率比等于化學計量數之比，可說明反應達到平衡狀態；

故答案為：ad；

(5)甲烷燃料電池負極是甲烷反應轉變成二氧化碳，在堿性條件最終轉變成碳酸根離子，負極反應式為：10OH－+CH4－8e－=+7H2O，

故答案為：10OH－+CH4－8e－=+7H2O；