Question

氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與利用是氫能源領域的研究熱點
已知：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1
（1）以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫方法．CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO₂（g）和H₂（g）的熱化學方程式為

 

．
（2）上述方法值得的H₂可以和CO在一定條件下合成多種有機物，當兩者一物質的量1：1催化反應，其原子利用率達100%，合成的物質可能是

 

．
a．汽油    b．乙醇    c．甲醛（HCHO）　　d．乙酸
（3）在一定溫度和壓強下，CO和H₂催化合成二甲醛的反應為：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
若一體積可變的密閉容器中充入3mol H₂，3mol CO．1mol CH₃，1mol CO₂，經一定時間達到平衡，并測得平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的1.6倍．則：反應開始時正，逆反應速率的大小：v（正）

 

v（逆）（填“＞”“＜”“=”），平衡時，n（CH₃OCH₃）=

 

mol．
（4）電解尿素[CO（NH₂）₂]的堿性溶液制氫的裝置示意圖如圖（電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰陽極均為惰性電極），電解時，陽極的電極反應式為

 

，若用鉛蓄電池電解該裝置，每產生1mol N₂，則消耗鉛蓄電池負極材料的質量為

 

g．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據已知的反應和目標反應，利用蓋斯定律來計算反應熱，并書寫熱化學反應方程式；
（2）根據質量守恒定律和化合反應的定義和特點判斷，主要是利用反應前后原子的種類不變，其數目必保持不變分析判斷；
（3）反應前后氣體總質量不變；用差量法解題，方程式中3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）減少了4mol；
（4）由陽極排出液中含有大量的碳酸鹽成份，則尿素在陽極參與反應，N元素的化合價升高，以此來書寫電極反應；利用總反應計算出生成1mol氮氣轉移的電子的物質的量，再根據電子守恒計算出需要鉛的質量．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO （g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1，
②CH₄（g）+CO₂（g）═2CO （g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1，
由蓋斯定律可知，①×2-②可得CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g），
其反應熱△H=（+206.2kJ?mol^-1）×2-（+247.4kJ?mol^-1）=+165.0 kJ?mol^-1，
即熱化學方程式為CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1；
（2）“綠色化學”能實現零排放，即反應物中的原子利用率達到100%，也就是說反應類型一般是化合反應，且反應后產物中的各原子數目比不變，CO和H₂在一定條件下按照不同的比例反應，可假定反應時的化學計量數之比為1：1，則只要各選項中的化學式能化為形式（CO）_n（H₂）_n，都是正確的，汽油是烴類的混合物，乙醇（C₂H₆O）可變?yōu)椋–₂O）₁（H₂）₃，甲醛（CH₂O）可變?yōu)椋–O）₁（H₂）₁，乙酸（C₂H₄O₂）可變?yōu)椋–O）₂（H₂）₂，
故答案為：cd；
（3）反應前后氣體總質量不變，同溫、同壓下，達到平衡時，氣體密度增大，即氣體體積縮小，說明平衡向著正向移動，即：v（正）＞v（逆）；平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的1.6倍，則總物質的量變?yōu)樵�先�?span id="pchkraf" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">

1

1.6

=0.625倍，總物質的量=8×0.625=5mol，反應前后減少了3mol，設反應生成甲醚xmol，
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△n，
                    1                6-2=4 
                    x                3mol
4x=1×3mol，
解得：x=0.75mol
所以平衡時，n（CH₃OCH₃）=1+0.75=1.75mol，
故答案為：＞； 1.75； 
（4）由陽極排出液中含有大量的碳酸鹽成份，尿素在陽極參與反應，則陽極反應式為CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-═CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，
由圖可知，陰極生成氫氣，則陰極反應為6H₂O+6e^-═3H₂↑+6OH^-，總反應為CO（NH₂）₂+2KOH═K₂CO₃+N₂↑+3H₂↑，生成1mol氮氣轉移了6mol電子，鉛蓄電池負極材料為Pb，1mol鉛完全反應失去2mol電子，所以轉移6mol電子需要3molPb，需要Pb的質量為：207g/mol×3mol=621g，
故答案為：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-═CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；621．

點評：本題考查了熱化學方程式的書寫、原電池工作原理、化學平衡的影響因素及計算，題目難度較大，試題題量較大，知識點較多，充分考查了學生對所學知識的掌握情況，試題有利于培養(yǎng)學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．