Question

【題目】2013年12月17日,中國國土資源部召開新聞發(fā)布會(huì),宣布在廣東沿海珠江口盆地東部海域首次鉆獲高純度可燃冰。可燃冰的主要成分是甲烷,甲烷既是清潔的燃料,也是重要的化工原料。

（1）甲烷和二氧化碳重整制合成氣,對(duì)于溫室氣體的治理具有重大意義。

已知:CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）ΔH=+247.3 kJ·mol-1

CH4（g）C（s）+ 2H2（g） ΔH=+75 kJ·mol-1

①反應(yīng)2CO（g）C（s）+CO2（g）在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行的原因是 。

②合成甲醇的主要反應(yīng)是:2H2（g）+CO（g）CH3OH（g）ΔH=-90.8 kJ·mol-1,T ℃下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為160。某時(shí)刻測(cè)得各組分的濃度如下:

比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大小:v（正） v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）。生產(chǎn)過程中,合成氣要進(jìn)行循環(huán),其目的是 。

③在一恒容密閉容器中,要提高反應(yīng)2H2（g）+CO（g）CH3OH（g）中CO的轉(zhuǎn)化率,可以采取的措施是 。

a.升溫

b.加入催化劑

c.增加CO的濃度

d.加入H2

e.加入惰性氣體

f.分離出甲醇

（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,如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。

①B極為電池 極,電極反應(yīng)式為 。

②若用該燃料電池作電源,用石墨作電極電解100 mL 1 mol/L的硫酸銅溶液,當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時(shí),理論上消耗甲烷的體積為 （標(biāo)況下）。

Answer 1

【答案】（1）①ΔH＜0

②＞ 提高原料的利用率 ③df

（2）①負(fù) CH4 + 4O2--8e- CO2+ 2H2O

② 1.12 L

【解析】本題主要考查化學(xué)反應(yīng)原理,意在考查考生在理解所學(xué)各部分化學(xué)知識(shí)的本質(zhì)區(qū)別與內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上,運(yùn)用所掌握的知識(shí)進(jìn)行必要的分析、類推或計(jì)算,解釋、論證一些具體化學(xué)問題的能力。（1）①用已知的第二個(gè)反應(yīng)減去第一個(gè)反應(yīng)得:2CO（g）C（s）+CO2（g）ΔH=+75 kJ·mol-1-247.3 kJ·mol-1 =-172.3 kJ·mol-1。該反應(yīng)的ΔH＜0,是放熱反應(yīng),而熵ΔS＜0,所以在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行。②該時(shí)刻下=100＜K=160,所以平衡正向移動(dòng),v（正）＞v（逆）。因?yàn)榉磻?yīng)是可逆反應(yīng),為了提高原料的利用率,合成氣要進(jìn)行循環(huán)。③升高溫度,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率減小;使用催化劑,平衡不移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率不變;增加CO的濃度,CO的轉(zhuǎn)化率減小;加入惰性氣體,平衡不移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率不變。

（2）①B極通入的氣體是甲烷,甲烷發(fā)生氧化反應(yīng),故B極是電池的負(fù)極。電池總反應(yīng)為CH4+2O2CO2+2H2O,因?yàn)殡娊赓|(zhì)是固體氧化物,所以正極O2發(fā)生還原反應(yīng)生成O2-,電極反應(yīng)式為O2+4e-2O2-,用總方程式減去正極反應(yīng)式即得負(fù)極反應(yīng)式。②電解CuSO4溶液時(shí),陰極生成Cu,陽極生成O2。當(dāng)Cu2+被電解完之后,水電離產(chǎn)生的H+即被還原為H2。0.1 mol Cu2+被還原時(shí),陽極生成0.05 mol O2;此后再電解0.1 mol H2O時(shí),生成0.1 mol H2和0.05 mol O2,兩極收集到的氣體體積相等。電路中一共轉(zhuǎn)移0.4 mol電子,需要CH4的物質(zhì)的量為0.4 mol/8 =0.05 mol,V（CH4）= 1.12 L。