海底蘊藏著大量的“可燃冰”。用甲烷制水煤氣（CO、H2），再合成甲醇來代替日益供應緊張的燃油。
已知：① CH4(g)＋H2O (g)＝CO (g)＋3H2 (g)    △H1＝+206.2kJ·mol-1
② CH4(g)＋O2(g)＝CO(g)＋2H2(g)    △H2=－35.4 kJ·mol-1
③ CH­­4 (g)＋2H2O (g)＝CO­2 (g)＋4H2 (g)  △H3＝+165.0 kJ·mol-1
（1）CH4(g)與CO2 (g)反應生成CO(g)和H2(g)的熱化學方程式為    。
（2）從原料、能源利用的角度，分析反應②作為合成甲醇更適宜方法的原因是    。
（3）水煤氣中的H2可用于生產(chǎn)NH3，在進入合成塔前常用[Cu(NH3)2]Ac溶液來吸收其中的CO，防止合成塔中的催化劑中毒，其反應是： [Cu(NH3)2]Ac + CO + NH3  [Cu(NH3)3]Ac·CO   △H＜0
[Cu(NH3)2]Ac溶液吸收CO的適宜生產(chǎn)條件應是    。
（4）將CH4設計成燃料電池，其利用率更高，裝置示意如下圖（A、B為多孔性石墨棒）。持續(xù)通入甲烷，在標準狀況下，消耗甲烷體積VL。0＜V≤44.8 L時，電池總反應方程式為    。

② 44.8 L＜V≤89.6 L時，負極電極反應為    。
③ V="67.2" L時，溶液中離子濃度大小關系為    。

（1）CH4 (g)＋CO2 (g) ＝2CO (g)＋2H2 (g)  △H＝+247.4 kJ·mol－1（2）反應②是放熱反應，可節(jié)省能源；同時制得的CO與H2物質的量之比為1:2，能恰好反應合成甲醇，符合綠色化學的“原子經(jīng)濟”原則。（3）低溫、高壓（4） ①CH4 + 2O2 + 2KOH ＝K2CO3 + 3H2O ②CH4—8e－+ 9CO32-+3H2O ＝10HCO3-③c(K＋)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH－)＞c(H+)

解析試題分析：（1）根據(jù)蓋斯定律可知，①×2-③可得CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g），所以其△H=[（+206.2）×2-（+165.0）]kJ?mol-1="+247.4" kJ?mol-1，所以CH4（g）與CO2（g）反應生成CO（g）和H2（g）的熱化學方程式為CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H="+247.4" kJ?mol-1（2）從能量角度比較，①是吸熱反應，需要消耗更多能量，②是放熱反應，不需要太多能量；從原子利用率角度，由于CO+2H2→CH3OH，①的產(chǎn)物中氫原子不可能全部變?yōu)镃H3OH，而②的產(chǎn)物中所有原子都可能全部變?yōu)镃H3OH；因此選②，甲烷不完全燃燒制合成氣時放出熱量，還得到物質的量之比為1：2的CO和H2的混合氣體，能恰好完全反應生成甲醇（3）已知正反應是氣態(tài)物質體積減小的放熱反應，因此采用降低溫度、增大壓強能使平衡右移，提高CO的轉化率，故答案為：低溫、高壓（4）（4）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；①當0＜V≤44.8 L時，0＜n（CH4）≤2mol，則0＜n（CO2）≤2mol，只發(fā)生反應①②，且KOH過量，則電池總反應式為CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，故答案為：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O；②當44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH4）≤4mol，則2mol＜n（CO2）≤4mol，發(fā)生反應①②③，得到K2CO3和KHCO3溶液，則負極反應式為CH4-8e-+9CO32-+3H2O=10HCO3-，故答案為：CH4-8e-+9CO32-+3H2O="10" HCO3-；③當V="67.2" L時，n（CH4）=3mol，n（CO2）=3mol，則電池總反應式為3CH4+6O2+4KOH=K2CO3+2KHCO3+7H2O，則得到1molK2CO3和2molKHCO3的溶液，則c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+），故答案為：c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+）
考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算；化學電源新型電池

練習冊系列答案
相關習題

科目：高中化學 來源： 題型：填空題

2013年初，霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)。其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一。
（1）汽車尾氣凈化的主要原理為2NO（g）＋2CO（g）2CO2（g）＋N2（g）。在密閉容器中發(fā)生該反應時，c（CO2）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線如圖所示。

據(jù)此判斷：
①該反應的ΔH________0（填“>”或“<”）。
②在T2溫度下，0～2 s內(nèi)的平均反應速率v（N2）＝________。
③當固體催化劑的質量一定時，增大其表面積可提高化學反應速率。若催化劑的表面積S1>S2，在上圖中畫出c（CO2）在T1、S2條件下達到平衡過程中的變化曲線。
④若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻達到平衡狀態(tài)的是________（填代號）。


（2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴重的環(huán)境問題。
①煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。
例如：CH4（g）＋2NO2（g）=N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH1＝－867 kJ·mol－1
2NO2（g）N2O4（g）　ΔH2＝－56.9 kJ·mol－1
寫出CH4（g）催化還原N2O4（g）生成N2（g）、CO2（g）和H2O（g）的熱化學方程式：__________________________________________________________________
②將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達到低碳排放的目的。如圖是通過人工光合作用，以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理示意圖。催化劑b表面發(fā)生的電極反應式為_______________________________________。

③常溫下，0.1 mol·L－1的HCOONa溶液pH為10，則HCOOH的電離常數(shù)Ka＝________。

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科目：高中化學 來源： 題型：填空題

（15分）資源化利用二氧化碳不僅可減少溫室氣體的排放，還可重新獲得燃料或重要工業(yè)產(chǎn)品。
（1）以CO2與NH3為原料可合成化肥尿素[CO(NH2)2]。已知：
①2NH3（g）＋ CO2（g）＝ NH2CO2NH4（s）    △H ＝ -159.47 kJ·mol-1
②NH2CO2NH4（s）＝ CO(NH2)2（s）＋ H2O（g） △H ＝ +116.49 kJ·mol-1
③H2O（l）＝ H2O（g） △H ＝+88.0 kJ·mol-1
試寫出NH3和CO2合成尿素和液態(tài)水的熱化學方程式                           。
（2）在一定條件下，二氧化碳轉化為甲烷的反應如下：
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)  ΔH＜0
①向一容積為2L的恒容密閉容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃時發(fā)生上述反應，達到平衡時各物質的濃度分別為CO2：0.2mol·L—1，H2：0.8mol·L—1，CH4：0.8mol·L—1，H2O：1.6mol·L—1，起始充入CO2和H2的物質的量分別為         、          。CO2的平衡轉化率為              。
②現(xiàn)有兩個相同的恒容絕熱（與外界沒有熱量交換）密閉容器I、II，在I中充入1 molCO2,和4 molH2，在II中充入1 mol CH4和2 mol H2 O(g) ，300℃下開始反應。達到平衡時，下列說法正確的是                （填字母）。

A．容器I、II中正反應速率相同
B．容器I、II中CH4的物質的量分數(shù)相同
C．容器I中CO2的物質的量比容器II中的多
D．容器I中CO2的轉化率與容器II中CH4的轉化率之和小于1
（3）華盛頓大學的研究人員研究出一種方法，可實現(xiàn)水泥生產(chǎn)時CO2零排放，其基本原理如圖所示：

①上述生產(chǎn)過程的能量轉化方式是       。
②上述電解反應在溫度小于900℃時進行碳酸鈣先分解為CaO和CO2，電解質為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應式為               ，陰極的電極反應式為                          。

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科目：高中化學 來源： 題型：填空題

能源是制約國家發(fā)展進程的因素之一。甲醇、二甲醚等被稱為2 1世紀的綠色能源，工業(yè)上利用天然氣為主要原料與二氧化碳、水蒸氣在一定條件下制備合成氣（CO、H2），再制成甲醇、二甲醚。
（1）工業(yè)上，可以分離合成氣中的氫氣，用于合成氨，常用醋酸二氨合亞銅
[Cu（NH3）2Ac]溶液（Ac=CH3COO－）（來吸收合成氣中的一氧化碳，其反虛原理為：
[Cu（NH3）2Ac]（aq）+CO+NH3[Cu（NH3）3]Ac?CO（aq）（△H＜0）
常壓下，將吸收一氧化碳的溶液處理重新獲得[Cu（NH3）2]AC溶液的措施是         ；
（2）工業(yè)上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應a：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H＝－49.0kJ/mol
反應b：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） △H<0
①對于反應a，某溫度下，將4.0 mol CO2（g）和12.0 mol H2（g）充入容積為2L的密閉容器中，反應到達平衡時，測得甲醇蒸氣的體積分數(shù)為30%，則該溫度下反應的平衡常數(shù)為    ；
②對于反應b，某溫度下，將1.0mol CO（g）和2．0 mol H2（曲充入固定容積的密閉容器中，反應到達平衡時，改變溫度和壓強，平衡體系中CH3OH的物質的量分數(shù)變化情況如圖所示，溫度和壓強的關系判斷正確的是         ；（填字母代號）

A．p3>p2，T3>T2
B．p2>p4，T4>T2
C．p1>p3，T1>T3
D．p1>p4，T2>T3
（3）CO可以合成二甲醚，二甲醚可以作為燃料電池的原料，化學反應原理為：
CO（g）+4H2（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）  △H<0
①在恒容密閉容器里按體積比為1:4充入一氧化碳和氫氣，一定條件下反應達到平衡狀態(tài)。當改變反應的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向正反應方向移動的是       ；
A．逆反應速率先增大后減小
B．正反應速率先增大后減小
C．反應物的體積百分含量減小
D．化學平衡常數(shù)K值增大
②寫出二甲醚堿性燃料電池的負極電極反應式         ；
③己知參與電極反應的電極材料單位質量放出電能的大小稱為該電池的比能量。關于二甲醚堿性燃料電池與乙醇堿性燃料電池，下列說法正確的是         （填字母）
A．兩種燃料互為同分異構體，分子式和摩爾質量相同，比能量相同
B．兩種燃料所含共價鍵數(shù)目相同，斷鍵時所需能量相同，比能量相同
C．兩種燃料所含共價鍵類型不同，斷鍵時所需能量不同，比能量不同
（4）已知l g二甲醚氣體完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為31.63 kJ，請寫出表示二甲醚燃燒熱的熱化學方程式                    。

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科目：高中化學 來源： 題型：填空題

汽車尾氣中NOx的消除及無害化處理引起社會廣泛關注。
（1）某興趣小組查閱文獻獲得如下信息：
N2(g)+O2(g)=2NO(g)  △H=+180.5kJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)) △H=―483.6kJ/mol
則反應2H2(g)+2NO(g)=2H2O(g)+N2(g) △H=          。
（2）該小組利用電解原理設計了如圖1裝置進行H2還原NO的實驗[高質子導電性的SCY陶瓷(能傳遞H+)為介質，金屬鈀薄膜做電極]。

鈀電極A為  極，電極反應式為              。
（3）氨法催化還原NO原理如下：
主反應：4NO(g)+4NH3(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g)   (△H <0)
副反應：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)
4NH3(g)+ 4O2(g)2N2O(g)+6H2O(g)
4NO(g)+4NH3(g)+3O2(g)4N2O(g)+6H2O(g)
有關實驗結論如圖2、圖3所示，據(jù)此回答以下問題：

①催化還原NO應控制n(NH3)/n(NO)的最佳值為            ，理由是           。
②主反應平衡常數(shù)表達式：K=                       ，隨著溫度的增加，K將  (選填“增加”、 “減小”或“不變”。
③影響N2O生成率的因素有          、氧氣濃度和           。

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科目：高中化學 來源： 題型：填空題

氮是地球上含量最豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用。請回答下列問題：
（1）右圖是1 mol NO2和1mol CO反應生成CO2和NO過程中能量變化示意圖，請寫出NO2和CO反應的熱化學方程式                     。
（2）在0.5L的密閉容器中，一定量的氮氣和氫氣進行如下化學反應：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H<0其化學平衡常數(shù)K與溫度t的關系如右表：請完成下列問題；

t/℃
200
300
400
K
K1
K2
0.5
 
①試比較K1、K2的大小，K1____K2（填寫“>”、“=”或“<”）
②下列各項能作為判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是____一（填序號字母）
a．容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2
b．v（N2）正=3v（H2）逆
c．容器內(nèi)壓強保持不變
d．混合氣體的密度保持不變
③400℃時，反應2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的化學平衡常數(shù)的值為       。當測得NH3和N2、H2的物質的量分別為3mol和2mol、1mol時，則該反應的v（N2）正 __          v（N2）逆（填寫“>”、“=”或“<”=）

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科目：高中化學 來源： 題型：填空題

氮是一種地球上含量豐富的元素，氮及其化合物的研究在生產(chǎn)、生活中有著重要意義。
（1）下圖是1 mol NO2和1 mol CO反應生成CO2和NO過程中能量變化示意圖，寫出NO2和CO反應的熱化學方程式                                 。

（2）已知：N2(g)+ O2(g)＝2 NO(g) △H＝＋180 kJ ? mol-1
2NO(g)+2 CO(g)＝N2(g) + 2 CO2(g) △H＝－746 kJ ? mol-1
則反應CO(g) +O2(g)＝CO2(g)的 △H＝         kJ ? mol-1。
（3）在一固定容積為2L的密閉容器內(nèi)加入0.2 mol的N2和0.6 mol的H2，在一定條件下發(fā)生如下反應： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) △H ＜0， 若第5分鐘時達到平衡，此時測得NH3的物質的量為0.2 mol，平衡時H2的轉化率為     。
（4）在固定體積的密閉容器中，1.0×103 kPa時，發(fā)生反應 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  △H＜0，其平衡常數(shù)K與溫度T的關系如下表：

T/K
298
398
498
平衡常數(shù)K
51
K1
K2
 
① K1      K2（填寫“＞”、“＝”或“＜”）
②下列各項能說明上述合成氨反應一定達到平衡狀態(tài)的是       （填字母）。
a、容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1:3:2
b、NH3的濃度保持不變
c、容器內(nèi)壓強保持不變
d、混合氣體的密度保持不變

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科目：高中化學 來源： 題型：填空題

“富煤、貧油、少氣”是我國能源發(fā)展面臨的現(xiàn)狀。隨著能源的日益緊張，發(fā)展“煤化工”對我國能源結構的調整具有重要意義。下圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈之一。

“潔凈煤技術”研究在世界上相當普遍，科研人員通過向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續(xù)產(chǎn)出熱值很高的煤炭合成氣，其主要成分是CO和H2。CO和H2可作為能源和化工原料，應用十分廣泛。
（1）已知：C(s)+O2(g)=CO2(g)            ΔH1＝－393.5 kJ·mol–1          ①
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)      ΔH2＝＋131.3 kJ·mol–1          ②
則反應CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g)，ΔH= _________kJ·mol–1。在標準狀況下，33.6 L的煤炭合成氣(設全部為CO和H2)與氧氣完全反應生成CO2和H2O，反應中轉移______mole－。
（2）在一恒容的密閉容器中，由CO和H2合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
①下列情形能說明上述反應已達到平衡狀態(tài)的是_______
a．體系壓強保持不變
b．密閉容器中CO、H2、CH3OH(g)3種氣體共存
c．CH3OH與H2物質的量之比為1:2
d．每消耗1 mol CO的同時生成2molH2
②CO的平衡轉化率(α)與溫度、壓強的關系如圖所示。

A、B兩點的平衡常數(shù)_____(填“前者”、“后者”或“一樣”)大；達到A、C兩點的平衡狀態(tài)所需的時間tA      tC(填“大于”、“小于”或“等于”)。
在不改變反應物用量的情況下，為提高CO的轉化率可采取的措施是_____________(答出兩點即可)。
（3）工作溫度650℃的熔融鹽燃料電池，是用煤炭氣(CO、H2)作負極燃氣，空氣與CO2的混合氣體為正極燃氣，用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔點混合物做電解質，以金屬鎳(燃料極)為催化劑制成的。負極的電極反應式為：CO + H2－4e－ + 2CO32－= 3CO2+H2O；則該電池的正極反應式為____________。

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科目：高中化學 來源： 題型：填空題

甲烷是天然氣的主要成分，是生產(chǎn)生活中應用非常廣泛的一種化學物質。
（1）一定條件下，用甲烷可以消除氮氧化物（NOx）的污染。已知：
①CH4(g) + 4NO(g) = 2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g)； △H1
②CH4(g) + 4NO2(g) =" 4NO(g)" + CO2(g) + 2H2O(g)；△H2
現(xiàn)有一份在相同條件下對H2的相對密度為17的NO與NO2的混合氣體，用16g甲烷氣體催化還原該混合氣體，恰好生成氮氣、二氧化碳氣體和水蒸氣，共放出1042.8kJ熱量。
①該混合氣體中NO和NO2的物質的量之比為                    
②已知上述熱化學方程式中△H1=—1160kJ/mol，則△H2=          
③在一定條件下NO氣體可以分解為NO2氣體和N2氣體，寫出該反應的熱化學方程式                           。
（2）以甲烷為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，目前得到廣泛的研究，下圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖�；卮鹣铝袉栴}：

④B極為電池     極，電極反應式為                                            
⑤若用該燃料電池做電源，用石墨做電極電解100mL 1mol/L的硫酸銅溶液，寫出陽極的電極反應式                                                  ，當兩極收集到的氣體體積相等時，理論上消耗的甲烷的體積為        （標況下），實際上消耗的甲烷體積（折算到標況）比理論上大，可能原因為                                                         .

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