Question

【題目】合成氣的主要成分是一氧化碳和氫氣，可用于合成二甲醚等清潔燃料。從天然氣獲得合成氣過(guò)程中可能發(fā)生的反應(yīng)有：

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206.1kJ/mol ①

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH2=+247.3kJ/mol ②

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)在一密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)①，測(cè)得CH4的物質(zhì)的量濃度隨反應(yīng)時(shí)間的變化如圖1所示。反應(yīng)進(jìn)行的前5min內(nèi)，v(H2)=____；10min時(shí)，改變的外界條件可能是_____。

(2)如圖2所示，在甲、乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的CH4和CO2，使甲、乙兩容器初始容積相等。在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)②，并維持反應(yīng)過(guò)程中溫度不變。已知甲容器中CH4的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的圖像如圖3所示，請(qǐng)?jiān)趫D3中畫(huà)出乙容器中CH4的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的圖像_____。

(3)800℃時(shí)，反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的化學(xué)平衡常數(shù)K=1.0，某時(shí)刻測(cè)得該溫度下的密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量見(jiàn)下表，此時(shí)反應(yīng)中正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系式是____（填序號(hào)）。

a.v(正)＞v(逆)

b.v(正)＜v(逆)

c.v(正)=v(逆)

d.無(wú)法判斷

CO	H2O	CO2	H2
0.5mol	8.5mol	2.0mol	2.0mol

(4)二甲醚（CH3OCH3）可由合成氣（CO和H2）在一定條件下制得，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：____。

(5)以二甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極構(gòu)成燃料電池。該電池的負(fù)極電極反應(yīng)方程式是：____。用二甲醚燃料電池為電源，用鉑電極電解KCl和CuSO4的混合溶液，當(dāng)電路中通過(guò)0.3mol電子的電量時(shí)，陰陽(yáng)兩極都產(chǎn)生2.8L的氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，若電解后溶液體積為1L，則陽(yáng)極氣體的成分及物質(zhì)的量為：____。

Answer 1

【答案】0.3mol/(L·min) 升高溫度或沖入水蒸氣 a 2CO+4H2→CH3OCH3+H2O（一定條件） CH3OCH3+16OH--12e-=2CO32-+11H2O O2：0.025mol、Cl2：0.10mol

【解析】

(1)反應(yīng)進(jìn)行的前5min內(nèi)，CH4的濃度變化量為0.50mol/L，由此可求出v(H2)；10min時(shí)，改變的外界條件，2min內(nèi)CH4的濃度變化量為0.25mol/L，與前一時(shí)間段進(jìn)行對(duì)比，從而得出反應(yīng)速率加快，由此預(yù)測(cè)可能發(fā)生改變的外界條件。

(2)因?yàn)榉磻?yīng)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)發(fā)生后，氣體分子數(shù)增大，所以乙容器相當(dāng)于甲容器減小壓強(qiáng)，由此可確定平衡移動(dòng)的方向、CH4的轉(zhuǎn)化率變化及所需的時(shí)間。

(3)800℃時(shí)，反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的化學(xué)平衡常數(shù)K=1.0，利用表中數(shù)據(jù)求濃度商，并與K進(jìn)行比較，從而確定平衡移動(dòng)的方向，由此得出正、逆反應(yīng)速率的相對(duì)大小。

(4) CO和H2在一定條件下制得CH3OCH3，由此可寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。

(5)以二甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極構(gòu)成燃料電池。該電池的負(fù)極為二甲醚在堿性條件下失電子，轉(zhuǎn)化為CO32-等。用二甲醚燃料電池為電源，用鉑電極電解KCl和CuSO4的混合溶液，陽(yáng)極先發(fā)生Cl-失電子生成Cl2的反應(yīng)，后發(fā)生H2O失電子生成O2的反應(yīng)；陰極先發(fā)生Cu2+得電子的反應(yīng)，后發(fā)生H2O得電子生成H2的反應(yīng)，代入數(shù)據(jù)建立方程式，即可求出結(jié)果。

(1)從圖中可提取以下信息，反應(yīng)進(jìn)行的前5min內(nèi)，CH4的濃度變化量為0.50mol/L；10min后，改變某條件，2min內(nèi)CH4的濃度變化量為0.25mol/L。則反應(yīng)進(jìn)行的前5min內(nèi)，v(CH4)==0.10mol/(L·min)，依據(jù)化學(xué)方程式CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，可得出v(H2)=3v(CH4)= 0.30mol/(L·min)；與10min前進(jìn)行對(duì)比，反應(yīng)速率加快且平衡正向移動(dòng)，所以改變的外界條件可能是升高溫度或沖入水蒸氣。答案為：0.30mol/(L·min)；升高溫度或沖入水蒸氣；

(2)我們以甲為參照，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體分子數(shù)增大，壓強(qiáng)增大，對(duì)于恒壓容器乙，相當(dāng)于甲增大容積減小壓強(qiáng)，則反應(yīng)速率減慢，但平衡正向移動(dòng)，CH4的轉(zhuǎn)化率增大，由此可在圖3中畫(huà)出乙容器中CH4的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的圖象為。答案為：；

(3)由表中數(shù)據(jù)及反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，可求出濃度商為Q==0.94<K，所以平衡正向移動(dòng)，v(正)＞v(逆)，故選a。答案為：a；

(4) CO和H2在一定條件下制得CH3OCH3，化學(xué)方程式為2CO+4H2CH3OCH3+H2O。答案為：2CO+4H2CH3OCH3+H2O；

(5)以二甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極構(gòu)成燃料電池。該電池的負(fù)極為二甲醚在堿性條件下失電子，轉(zhuǎn)化為CO32-等，電極反應(yīng)方程式是：CH3OCH3+16OH--12e-=2CO32-+11H2O。

陽(yáng)極發(fā)生的反應(yīng)為：2Cl--2e-span>==Cl2↑，2H2O-4e-==O2↑+4H+。n(氣體)==0.125mol，設(shè)n(Cl2)=x，則n(O2)=0.125-x，從而得出2x+4×(0.125-x)=0.3mol，從而求出x=0.10mol，0.125-x=0.025mol，即O2：0.025mol、Cl2：0.10mol。答案為：O2：0.025mol、Cl2：0.10mol。