4．甲烷作為一種新能源在化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，請回答下列問題：
（1）高爐冶鐵過程中，甲烷在催化反應(yīng)室中產(chǎn)生水煤氣（CO和H2）還原氧化鐵，有關(guān)反應(yīng)為：
CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g）△H=260kJ•mol-1
已知：2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566kJ•mol-1
則CH4與O2反應(yīng)生成CO和H2的熱化學(xué)方程式為：2CH4（g）+O2（g）═2CO（g）+4H2（g）△H=-46 kJ/mol．
（2）如圖所示，裝置Ⅰ為甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液），通過裝置Ⅱ?qū)崿F(xiàn)鐵棒上鍍銅．

①b處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式：O2+2H2O+4e-=4OH-；
②電鍍結(jié)束后，裝置Ⅰ中KOH溶液的濃度變�。ㄌ顚憽白兇蟆薄白冃　被颉安蛔儭保�，裝置Ⅱ中Cu電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式：Cu-2e-=Cu2+．
③在此過程中若完全反應(yīng)，裝置Ⅱ中陰極質(zhì)量變化12.8g，則裝置Ⅰ中理論上消耗甲烷1.12L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，由已知方程式構(gòu)建目標(biāo)方程式可得到CH4與O2反應(yīng)生成CO和H2的熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）圖Ⅰ為原電池，為甲烷燃燒電池，燃料甲烷做原電池負(fù)極反應(yīng)物失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，圖Ⅱ為電解池，鐵棒鍍銅，推斷鐵做電解池陰極，銅做電解池陽極；a為原電池負(fù)極，b為原電池正極；
①b處是氧氣得到電子發(fā)生的電極反應(yīng)；
②根據(jù)I中氫氧根離子濃度變化確定溶液pH變化；II中發(fā)生電鍍，陽極上Cu溶解；
③依據(jù)原電池和電解池中電子守恒計算消耗甲烷的體積．

解答 解：（1）①CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g）△H=+260kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，由①×2+②得：2CH4（g）+O2（g）═2CO（g）+4H2（g）△H=-46 kJ/mol，
故答案為：2CH4（g）+O2（g）═2CO（g）+4H2（g）△H=-46 kJ/mol；
（2）圖Ⅰ為原電池，為甲烷燃燒電池，燃料甲烷做原電池負(fù)極反應(yīng)物失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，圖Ⅱ為電解池，鐵棒鍍銅，推斷鐵做電解池陰極，銅做電解池陽極；a為原電池負(fù)極，b為原電池正極；
①b處是氧氣得到電子發(fā)生的電極反應(yīng)；電極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-=4OH-，
故答案為：O2+2H2O+4e-=4OH-；
②根據(jù)I中電池反應(yīng)為CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，KOH參加反應(yīng)導(dǎo)致溶液中KOH濃度變小，則溶液的pH減��；裝置Ⅱ是電鍍陽極電極反應(yīng)可知，陽極電極反應(yīng)為：Cu-2e-=Cu2+，
故答案為：變小；Cu-2e-=Cu2+；
③裝置Ⅱ中陰極電極反應(yīng)為Cu2++2e-=Cu，質(zhì)量增加12.8g為銅物質(zhì)的量為0.2mol，轉(zhuǎn)移電子為0.4mol，裝置I中負(fù)極電極反應(yīng)為：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O理論上消耗甲烷物質(zhì)的量為：0，05mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積=0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
故答案為：1.12．

點評 本題考查用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算、燃料電池的工作原理等知識，注意把握溶液的酸堿性與電極反應(yīng)，題目難度中等．

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中化學(xué) 來源： 題型：選擇題

5．若溶液中由水電離產(chǎn)生的C（OH-）=1.0×1013mol/L，滿足此條件的溶液中一定可以大量共存的離子組是（　�。�
A．Na+、Fe2+、NO3-、Cl-B．Na+、K+、NO3-、Cl-
C．Na+、K+、AlO2-、Cl-D．NH4+、K+、SO42-、HCO3-

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：解答題

15．溫室效應(yīng)和資源短缺等問題和如何降低大氣中的CO2含量并加以開發(fā)利用引起了各國的普遍重視．目前工業(yè)上有一種方法是用CO2生產(chǎn)燃料甲醇．
一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），如圖1表示該反應(yīng)進(jìn)行過程中能量（單位為kJ•mol-1）的變化．

（1）關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中，正確的是C．
A．△H＞0，△S＞0
B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0
D．△H＜0，△S＞0
（2）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實驗：在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO2和3mol H2，測得CO2和CH3OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．從反應(yīng)開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v（H2）0.225mol•L-1•min-1，CO2轉(zhuǎn)化率為75%．相同溫度下，某一時刻若該容器中含有1mol H2、1.2mol CO2、0.8mol CH3OH、1.5mol H2O，則此時反應(yīng)所處的狀態(tài)為向正反應(yīng)方向進(jìn)行中 （填“向正反應(yīng)方向進(jìn)行中”、“向逆反應(yīng)方向進(jìn)行中”或“平衡狀態(tài)”），理由QC═1＜K=5.33．
（3）在溫度容積不變的條件下，能說明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是bd（填寫序號字母）：
a．n（CO2）：n（H2）：n（CH3OH）：n（H2O）=1：3：1：1
b．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變       c．容器內(nèi)的密度保持不變
d．H2的消耗速率與CH3OH的消耗速率之比為3：1
（4）下列條件能使上述反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，且平衡向正反應(yīng)方向移動的是c（填寫序號字母）．
a．及時分離出CH3OH氣體       
b．適當(dāng)升高溫度
c．保持容器的容積不變，再充入1mol CO2和3mol H2
d．選擇高效的催化劑．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：解答題

12．向2L密閉容器中通入amol氣體A和bmol氣體B，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
xA（g）+yB（g）?pC（g）+qD（g） 
已知：平均反應(yīng)速率vC=$\frac{1}{2}$vA；反應(yīng)2min時，A的濃度減少了$\frac{1}{3}$，B的物質(zhì)的量減少了$\frac{a}{2}$mol，有amolD生成．回答下列問題：
（1）反應(yīng)2min內(nèi)，vA=$\frac{a}{12}$mol/（L•min），vB=$\frac{a}{8}$mol/（L•min）；
（2）化學(xué)方程式中，x=2、y=3、p=1、q=6；
（3）反應(yīng)平衡時，D為2amol，則B的轉(zhuǎn)化率為$\frac{a}$．

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19．硫單質(zhì)及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用．
（1）己知25℃時：SO2（g）+2CO（g）=2CO2（g）+$\frac{1}{x}$Sx（s）△H=a kJ/mol
2COS（g）+SO2（g）=2CO2（g）+$\frac{3}{x}$Sx（s）△H=b kJ/mol
則COS的電子式為；生成CO（g）與Sx（s）反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是xCOS（g）=xCO（g）+Sx（s）△H=0.5x（b-a）kJ/mol
（2）焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）是常用的食品抗氧化劑之一，它一般由Na2SO3和SO2直接反應(yīng)獲得．焦亞硫酸鈉遇水后立即生成一種酸式鹽，寫出與水發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式Na2S2O5+H2O=2NaHSO3 ．
（3）工業(yè)上用硫碘開路循環(huán)聯(lián)產(chǎn)氫氣和硫酸的工藝流程如圖3所示：
①寫出反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是SO2+x I2+2H2O═H2SO4+2HIX，若僅在SO2的水溶液中滴加幾滴碘水，c（SO32-）/c（HSO3-）將減�。ㄌ睢霸龃蟆薄ⅰ皽p小”或“不確定”）．
②圖1為電滲析裝置，該裝置中發(fā)生的總反應(yīng)的化學(xué)方程式是2HIx$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$（x-1）I2+2HI．
③若向膜反應(yīng)器中加入1molHI，在一定條件下n隨時間（t）的變化關(guān)系如圖2所示．該溫度下，反應(yīng)平衡常數(shù)K=$\frac{1}{64}$，若將HI通入量變?yōu)樵瓉淼?倍，則平衡混合物中H2所占體積分?jǐn)?shù)為10%．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：選擇題

9．下列有關(guān)熱化學(xué)方程式的敘述正確的是（　�。�
A．在稀溶液中：H+（aq）+OH-（aq）═H2O（l）△H=-57.3 kJ/mol，若將含0.6mol H2SO4的稀硫酸與含1mol NaOH的稀溶液混合，放出的熱量等于57.3 kJ
B．已知正丁烷（g）→異丁烷（g）△H＜0，則正丁烷比異丁烷穩(wěn)定
C．2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-571.6kJ•mol-1，則H2的燃燒熱為571.6 kJ•mol-1
D．已知2C（s）+2O2（g）═2CO2（g）△H1；2C（s）+O2（g）═2CO（g）△H2，則△H1＞△H2

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16．甲醇是重要的化工原料，氣態(tài)甲醇催化脫氫制備甲醛轉(zhuǎn)化的能量關(guān)系如圖所示．
（1）甲醇脫氫轉(zhuǎn)化為甲醛是吸熱反應(yīng)，（填“放熱”或“吸熱”），過程Ⅰ與過程Ⅱ的反應(yīng)熱相同（填“相同”或“不同”），E4-E3的含義是降低的活化能值．
（2）工業(yè)上用甲烷氧化法合成甲醇的反應(yīng)有：
①CH4（g）+CO2（g）?2CO（g）+2H2（g）△H1=+247.3kJ•mol-1
②CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2=-90.1kJ•mol-1
③2CO（g）+O2（g）?2CO2（g）△H3=-566.0kJ•mol-1
用CH4和02直接制備甲醇蒸氣的熱化學(xué)方程式為2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g）△H=-251.6kJ•mol-1．
（3）甲醇可用于制備綠色堿性燃料電池，既可提高能源利用率，又利于分環(huán)境保護(hù)．甲醇、KOH溶液、空氣構(gòu)成的燃料電池工作時負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O．
（4）用此電池作電源進(jìn)行模擬工業(yè)上精煉銅，則應(yīng)用粗銅（含F(xiàn)e、Zn、Ag、Au等雜質(zhì)）作電解池的陽極，該電極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)為Cu-2e-=Cu2+，若陰極增重19.2g，則理論上需要甲醇3.2g．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：解答題

13．（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH3OH）燃燒生成CO2和液態(tài)水時放熱22.68kJ．則表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH3OH（l）+$\frac{3}{2}$O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=-725.8 kJ•mol-1
（2）已知：C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=-393.5kJ/mol
CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO2（g）△H=-283kJ/mol
則1mol C（s）與O2（g）反應(yīng)生成CO（g），反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C（s）+$\frac{1}{2}$O2（g）=CO （g）△H=-110.5kJ/mol．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：選擇題

14．下列反應(yīng)中，水只作氧化劑的是（　�。�
A．C+H2O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H2B．Na2O+H2O═2NaOH
C．CuO+H2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+H2OD．2H2O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H2↑+O2↑

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