Question

海底蘊(yùn)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(yīng)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(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學(xué)方程式為　　．

（2）從原料、能源利用的角度，分析反應(yīng)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(chǎn)NH₃，在進(jìn)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(yīng)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(chǎn)條件應(yīng)是　　．

（4）將CH₄設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)狀況下，消耗甲烷體積VL．

①0＜V≤44.8L時(shí)，電池總反應(yīng)方程式為　　．

②44.8L＜V≤89.6L時(shí)，負(fù)極電極反應(yīng)為　　．

③V=67.2L時(shí)，溶液中離子濃度大小關(guān)系為　　．

Answer 1

考點(diǎn)：

用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算；常見化學(xué)電源的種類及其工作原理；化學(xué)平衡的調(diào)控作用．.
專題：	基本概念與基本理論．
分析：	（1）根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知熱化學(xué)方程式分析； （2）從能量角度和原子利用率角度兩個(gè)方面分析； （3）已知正反應(yīng)是氣體物質(zhì)體積減小的放熱反應(yīng)，據(jù)此分析； （4）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；根據(jù)甲烷的量計(jì)算生成的二氧化碳的量，結(jié)合反應(yīng)方程式判斷反應(yīng)產(chǎn)物及發(fā)生的反應(yīng)．
解答：	解：（1）根據(jù)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(yīng)生成CO（g）和H2（g）的熱化學(xué)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(yīng)，需要消耗更多能量，②是放熱反應(yīng)，不需要太多能量；從原子利用率角度，由于CO+2H2→CH3OH，①的產(chǎn)物中氫原子不可能全部變?yōu)镃H3OH，而②的產(chǎn)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(shí)放出熱量，還得到物質(zhì)的量之比為1：2的CO和H2的混合氣體，能恰好完全反應(yīng)生成甲醇， 故答案為：選擇CH4不完全燃燒制合成氣時(shí)，放出熱量，同時(shí)得到的CO、H2物質(zhì)的量之比為1：2，能恰好完全反應(yīng)合成甲醇，符合綠色化學(xué)的“原子經(jīng)濟(jì)”原則； （3）已知正反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)體積減小的放熱反應(yīng)，因此采用降低溫度、增大壓強(qiáng)能使平衡右移，提高CO的轉(zhuǎn)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(yīng)①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3； ①當(dāng)0＜V≤44.8 L時(shí)，0＜n（CH4）≤2mol，則0＜n（CO2）≤2mol，只發(fā)生反應(yīng)①②，且KOH過量，則電池總反應(yīng)式為CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O， 故答案為：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O； ②當(dāng)44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH4）≤4mol，則2mol＜n（CO2）≤4mol，發(fā)生反應(yīng)①②③，得到K2CO3和KHCO3溶液，則負(fù)極反應(yīng)式為CH4﹣8e﹣+9CO32﹣+3H2O=10HCO3﹣， 故答案為：CH4﹣8e﹣+9CO32﹣+3H2O=10HCO3﹣； ③當(dāng)V=67.2 L時(shí)，n（CH4）=3mol，n（CO2）=3mol，則電池總反應(yīng)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(diǎn)評(píng)：	本題考查了運(yùn)用蓋斯定律計(jì)算焓變、熱化學(xué)方程式的書寫、評(píng)價(jià)物質(zhì)合成方案、影響化學(xué)平衡的因素、燃料電池、溶液中離子濃度大小關(guān)系等重要考點(diǎn)，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，難度較大．