已知反应：CO（g）+H2O（g）⇌H2（g）+CO2（g）△H=-41.2kJ/mol，生成的CO2与H2以不同的体积比混合时在合适条件下的反应可制得CH4．（1）850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中，通

Question

已知反应：CO（g）+H ₂ O（g）⇌H ₂ （g）+CO ₂ （g）△H=-41.2kJ/mol，生成的CO ₂ 与H ₂ 以不同的体积比混合时在合适条件下的反应可制得CH ₄ ．
（1）850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中，通入一定量的CO和H ₂ O（g），CO和H ₂ O（g）浓度变化如右图所示，下列说法正确的是______（填序号）．
A．达到平衡时，反应体系最终会放出49.44kJ热量
B．第4min时，混合气体的平均相对分子质量不再变化，可判断已达到平衡
C．第6min时，若升高温度，反应平衡常数会增大
D．第8min时，若充入CO，会导致v _（正） ＞v _（逆） ，平衡向正反应方向移动
（2）850℃时，若在容积为2L的密闭容器中同时充入1.0mol CO、3.0mol H ₂ O、1.0mol CO ₂ 和x mol H ₂ ．若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是______．
（3）如将H ₂  与CO ₂ 以4：1的体积比混合，在适当的条件下可制得CH ₄ ．已知：
CH ₄ （g）+2O ₂ （g）═CO ₂ （g）+2H ₂ O（l）△H ₁ =-890.3kJ/mol
H ₂ （g）+ (1)/(2) O ₂ （g）═H ₂ O（l）△H ₂ =-285.8kJ/mol
则CO ₂ （g）与H ₂ （g）反应生成CH ₄ （g）与液态水的热化学方程式是______．
（4）熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH ₄ 为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极．负极反应式为______，正极反应式为______．为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定．为此电池工作时必须有部分A物质参加循环，则A物质的化学式是______．实验过程中，若通入了标准状况下空气448L（假设空气中O ₂ 体积分数为20%），则熔融盐燃料电池消耗标准状况下CH ₄ ______L．

Answer 1

（1）A．1.2mol水蒸气参加反应，通常条件下放出的热量为41.2kJ/mol×1.2mol=49.44kJ，故A正确；
B．由图可知4min时到达平衡，随反应进行，混合气体总质量不变，总物质的量不变，平均相对分子质量始终不变，所以不能作为平衡状态的判断依据，故B错误；
C．该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，平衡常数减小，故C错误；
D．第8min时，若充入CO，反应物浓度增大，会导致v _（正） ＞v _（逆） ，平衡向正反应方向移动，故D正确；
故选AD；
（2）由图可知，平衡时CO的浓度为0.08mol/L，则：
             CO（g）+H ₂ O（g）⇌CO ₂ （g）+H ₂ （g）
开始（mol/L）：0.2    0.3       0       0      
变化（mol/L）：0.12   0.12      0.12    0.12
变化（mol/L）：0.08   0.18      0.12    0.12
故平衡常数k= (0.12×0.12)/(0.08×0.18) =1，
平衡向正反应方向移动，浓度商小于平衡常数，即 (1×x)/(1×3) ＜1，解得x＜3，
故答案为：x＜3；
（3）已知：①CH ₄  （g）+2O ₂ （g）═CO ₂ （g）+2H ₂ O（l）△H ₁ =-890.3kJ/mol
②H ₂ （g）+1/2O ₂ （g）═H ₂ O（l）△H ₂ =-285.8kJ/mol
由盖斯定律，②×4-①得CO ₂ （g）+4H ₂ （g）═CH ₄  （g）+2H ₂ O（l）△H=-252.9 kJ/mol  
故答案为：CO ₂ （g）+4H ₂ （g）═CH ₄  （g）+2H ₂ O（l）△H=-252.9 kJ/mol；
（4）负极上甲烷失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH ₄ +4CO ₃ ^2- -8e ^- =5CO ₂ +2H ₂ O，正极上氧化剂得电子发生还原反应，电极反应式为：O ₂ +2CO ₂ +4e ^- =2CO ₃ ^2- ；
电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳（CO ₂ ），所以要不断补充二氧化碳，
根据转移电子相等计算，若通入了标准状况下空气448L（假设空气中O ₂ 体积分数为20%），则熔融盐燃料电池消耗标准状况下CH ₄ 体积= (448L×20%×4)/(8) =44.8L，
故答案为：CH ₄ +4CO ₃ ^2- -8e ^- =5CO ₂ +2H ₂ O，O ₂ +2CO ₂ +4e ^- =2CO ₃ ^2- ；CO ₂ ；44.8．