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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：

①CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H1=+206.2kJ•mol﹣1

②CH4（g）+O2（g）=CO（g）+2H2（g）△H2=﹣35.4kJ•mol﹣1

③CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H3=+165.0kJ•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．

①0＜V≤44.8L時，電池總反應方程式為　　．

②44.8L＜V≤89.6L時，負極電極反應為　　．

③V=67.2L時，溶液中離子濃度大小關系為　　．


考點：

用蓋斯定律進行有關反應熱的計算；常見化學電源的種類及其工作原理；化學平衡的調控作用．.

專題：

基本概念與基本理論．

分析：

（1）根據蓋斯定律結合已知熱化學方程式分析；

（2）從能量角度和原子利用率角度兩個方面分析；

（3）已知正反應是氣體物質體積減小的放熱反應，據此分析；

（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；根據甲烷的量計算生成的二氧化碳的量，結合反應方程式判斷反應產物及發(fā)生的反應．

解答：

解：（1）根據蓋斯定律可知，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，

故答案為：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的產物中氫原子不可能全部變?yōu)镃H3OH，而②的產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，

故答案為：選擇CH4不完全燃燒制合成氣時，放出熱量，同時得到的CO、H2物質的量之比為1：2，能恰好完全反應合成甲醇，符合綠色化學的“原子經濟”原則；

（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）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=10HCO3﹣；

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+）．

點評：

本題考查了運用蓋斯定律計算焓變、熱化學方程式的書寫、評價物質合成方案、影響化學平衡的因素、燃料電池、溶液中離子濃度大小關系等重要考點，涉及的知識點較多，綜合性較強，難度較大．


練習冊系列答案
相關習題

科目：高中化學 來源： 題型：


海水是一個非常豐富的化學資源，以海水為原料可制取Mg、氯氣、Br2、碘等。

(1)寫出鎂在二氧化碳中燃燒的化學方程式：________________________________。

(2)下列有關海水綜合利用的說法正確的是________。

A．海水中含有鉀元素，只需經過物理變化就可以得到鉀單質

B．海水蒸發(fā)制海鹽的過程中只發(fā)生了化學變化

C．從海水中可以得到MgCl2，電解熔融MgCl2可制備鎂

D．從海帶中提取碘單質的過程不涉及氧化還原反應

(3)液溴呈________色，提取單質溴時常將氯氣通入苦鹵(海水曬鹽后得到的母液)中，將其中的溴離子氧化，反應的離子方程式為________________________，

(4)加碘食鹽中的含碘物質是________，碘加熱時變成紫色的碘蒸氣，這一過程叫________。

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科目：高中化學 來源： 題型：


由阿伏加德羅常數(NA)和一個水分子的質量(m水)、一個水分子的體積(V水)，不能確定的物理量有(　　)

A．1摩爾水的質量　　　　  B．1摩爾水蒸氣的質量

C．1摩爾水的體積          D．1摩爾水蒸氣的體積

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科目：高中化學 來源： 題型：


海水中主要含有Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl﹣、Br﹣、SO42﹣、HCO3﹣、CO32﹣等離子，火力發(fā)電時排放的煙氣可用海水脫硫，其工藝流程如下圖所示：下列說法錯誤的是（　�。�

　

A．

海水pH約為8的原因主要是天然海水含CO32﹣、HCO3﹣

　

B．

吸收塔中發(fā)生的反應有SO2+H2O⇌H2SO3

　

C．

氧化主要是氧氣將HSO3﹣、SO32﹣、H2SO3氧化為SO42﹣

　

D．

經稀釋“排放”出的廢水中，SO42﹣濃度與海水相同

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科目：高中化學 來源： 題型：


下列解釋實驗事實的方程式不正確的是（　　）

　

A．

葡萄糖的酯化反應若用濃硫酸作催化劑會炭化發(fā)黑：C6H12O6（葡萄糖）6C+6H2O

　

B．

向AgNO3溶液中加入過量Na2S溶液后，再加NaCl稀溶液，黑色沉淀變成白色：Ag2S+2Cl﹣=2AgCl↓+S2﹣

　

C．

將NH3通入滴有酚酞的水中，溶液變紅：NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH﹣

　

D．

明礬的水溶液pH＜7：Al3++3H2O⇌Al（OH）3+3H+

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科目：高中化學 來源： 題型：


下列變化必須加入氧化劑才能實現的是              

A．Cr2O72- → CrO42-               B．HNO3 → NO2 

C．SiO2 → Si                     D．CH3CH2OH → CH3CHO

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科目：高中化學 來源： 題型：


室溫下，下列有關兩種溶液的說法不正確的是             

序號

①

②

pH

12

12

溶液

氨水

氫氧化鈉溶液

A．①②兩溶液中c(OH－)相等

B．①溶液的物質的量濃度為0.01 mol·L-1

C．①②兩溶液分別加水稀釋10倍，稀釋后溶液的pH：①>②

D．等體積的①②兩溶液分別與0.01 mol·L-1的鹽酸完全中和，消耗鹽酸的體積：①>②

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科目：高中化學 來源： 題型：


在2A+B═3C+4D反應中，下面表示的化學反應速率最快的是

A．v（A）=0.5mol/（L•min）                         B．v（B）=0.05mol/（L•min）

C．v（C）=0.9mol/（L•min）                         D．v（D）=1.0mol/（L•min）

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科目：高中化學 來源： 題型：


在恒容的密閉容器中，可逆反應X(s)＋3Y(g) 2Z(g)；ΔH＞0，達到平衡時，下列說法正確的是(  　)

A．充入少量He使容器內壓強增大，平衡向正反應方向移動

B．升高溫度，平衡向正反應方向移動，平均分子量變小

C．繼續(xù)加入少量X，X的轉化率減小，Y的轉化率增大

D．繼續(xù)加入少量Y，再次平衡時，Y的體積分數比上次平衡小

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同步練習冊答案