【題目】CH4是天然氣主要成分,天然氣是一種高效、低耗、污染小的清潔能源,也是重要的化工原料。

(1)CH4除了可以直接燃燒供能外,還可用作燃料電池的燃料,寫出如圖所示甲烷燃料電池負極的電極反應式_________。

(2)CH4為原料制取H2是工業(yè)上常用的制氫方法,化學方程式為:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g),該反應為吸熱反應。一定溫度下,將CH4H2O(g)0.11 mol充入2L恒容密閉容器中,50s后達平衡狀態(tài):

①若平衡時壓強與初始壓強比為2111,平衡時CH4的濃度為____50s內(nèi)用H2表示該反應的平均速率 v(H2)____。

②以下可作為該反應達平衡狀態(tài)的標志的是________

A.氣體總壓強保持不變 B.氣體的密度保持不變 C.單位時間消耗1molCH4的同時生成3molH2 D.氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變 ECOH2的分子數(shù)之比為1:3

(3)與甲烷結(jié)構(gòu)相似的有機物還有很多,它們的碳原子之間都以碳碳單鍵結(jié)合成鏈狀,剩余價鍵均與氫原子結(jié)合,這樣的烴稱為烷烴。

①分子式為C7H16,含有三個甲基的的烷烴可能結(jié)構(gòu)有_____

②烷烴CH3CH(C2H5)C(CH3)3的一氯代物有_____種,系統(tǒng)命名為_______

【答案】CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O 0.005mol/L 0.0003mol/(L.s) AD 3 5 2,23—三甲基戊烷

【解析】

(1) 根據(jù)燃料電池原理及電解質(zhì)組成分析書寫電極反應式;(2) 運用三段式法根據(jù)反應速率表達式進行相關(guān)計算;根據(jù)平衡狀態(tài)的本質(zhì)及特征分析解答;(3) 根據(jù)甲基的數(shù)目判斷支鏈的數(shù)目,根據(jù)碳鏈的異構(gòu)分析解答;(4) 根據(jù)氫原子種類判斷一氯取代物種類,運用系統(tǒng)命名法命名有機物。

(1) 堿性甲烷燃料電池中,甲烷作負極,發(fā)生氧化反應,生成CO32-,電極反應式為:CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O,故答案為:CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O

(2) 恒容時,壓強之比等于物質(zhì)的量之比,則平衡時,氣體總物質(zhì)的量為0.11mol×2×=0.42mol,設(shè)平衡時甲烷的濃度為a

a+a+(0.11-a)+ (0.11-a)×3=0.42mola=0.01mol,c(CH4)=v(H2)=3 v(CH4)=,故答案為:0.005mol/L;0.0003mol/(L.s);

A. 該反應為氣體體積增大的反應,容器為恒容,則氣體總壓強保持不變,說明各組分濃度保持不變,能說明反應達到平衡,故A選;

B. 反應前后氣體總質(zhì)量不變,氣體體積恒定,則氣體的密度始終保持不變,故B不選;

C. 單位時間消耗1molCH4的同時生成3molH2都表示正反應方向速率,不能說明反應達到平衡,故C不選;

D. 反應正方向為氣體物質(zhì)的量增大的過程,氣體的總質(zhì)量不變,則氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變,能說明反應達到平衡,故D選;

E. COH2的分子數(shù)之比為1:3,并不能說明濃度不在變化,故不能說明反應達到平衡,故E不選,故答案為:AD

(3) 該烴結(jié)構(gòu)式中含有3個甲基,則該烷烴只有1個支鏈,若支鏈為-CH3,主鏈含有6個碳原子,符合條件有:CH3CH(CH3)CH2CH2CH2CH3,CH3CH2CH(CH3)CH2CH2CH3;若支鏈為-CH2CH3,主鏈含有5個碳原子,符合條件有:CH3CH2CH(CH2CH3)CH2CH3;支鏈不可能大于3個碳原子,故符合條件的烷烴有3種,故答案為:3;

CH3CH(C2H5)C(CH3)3中有5種不同化學環(huán)境的氫,則其一氯代物有5種,根據(jù)系統(tǒng)命名為2,2,3—三甲基戊烷,故答案為:5;2,2,3—三甲基戊烷。

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(6)L可由BH2發(fā)生加成反應而得,已知:R1CH2Br++NaBr,則M的結(jié)構(gòu)簡式為___________

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