Question

【題目】據報道，在西藏凍土的一定深度下，發現了儲量巨大的“可燃冰”，它主要是甲烷和水形成的水合物（CH4nH2O）．
（1）在常溫常壓下，“可燃冰”會發生分解反應，其化學方程式是 ．
（2）甲烷可制成合成氣（CO、H2），再制成甲醇，代替日益供應緊張的燃油．
①在101KPa時，1.6g CH4（g）與H2O（g）反應生成CO、H2 ， 吸熱20.64kJ．則甲烷與H2O（g）反應的熱化學方程式： ．
②CH4不完全燃燒也可制得合成氣：CH4（g）+ O2（g）═CO（g）+2H2（g）；
△H=﹣35.4kJmol﹣1 ． 則從原料選擇和能源利用角度，比較方法①和②，合成甲醇的適宜方法為（填序號）；原因是 ．
（3）利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑作用下合成甲醇，發生的主要反應如下：
①CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H1
②CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）△H2
③CO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g）△H3
回答下列問題：
已知反應①中相關的化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	H﹣H	C﹣O	C≡O	H﹣O	C﹣H
E/（kJmol﹣1）	436	343	1 076	465	413

由此計算△H1=kJmol﹣1 ， 已知△H2=﹣58kJmol﹣1 ， 則△H3=kJmol﹣1 ．
（4）可燃冰中CH4的其它用途是，將CH4設計成燃料電池，其利用率更高，裝置示意圖（A、B為多孔性碳棒）．持續通人甲烷，在標準狀況下，消耗甲烷體積VL．
①O＜V≤44.8L時，電池總反應方程式為 ，
②44.8L＜V≤89.6L時，負極電極反應為 ．

Answer 1

【答案】
（1）CH4?nH2O=CH4↑+nH2O
（2）CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.4 kJ?mol﹣1；②；選擇CH4不完全燃燒，制合成氣體時，放出熱量，同時得到CO：H2為1：2，能恰好完全反應合成甲醇
（3）﹣99；+41
（4）CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O；CH4﹣8e﹣+9CO32﹣+3H2O=10HCO3﹣
【解析】解：（1.）在常溫常壓下，“可燃冰”會發生分解反應生成甲烷與水，反應方程式為：CH4nH2O=CH4↑+nH2O，所以答案是：CH4nH2O=CH4↑+nH2O；
（2.）①在101kPa時，1.6g CH4 （g）與H2O（g）反應生成CO、H2 ， 吸熱20.64kJ，則1mol甲烷反應吸收熱量為206.4kJ，熱化學方程式為CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.4 kJmol﹣1；所以答案是：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.4 kJmol﹣1；②CH4不完全燃燒制合成氣時，放出熱量，同時得到的CO、H2的化學計量數之比為1：2，能恰好完全反應合成甲醇，而方法一吸收熱量，得到CO、H2的化學計量數之比為1：3，不能恰好轉化為甲醇，故方法二更好，所以答案是：②；選擇CH4不完全燃燒，制合成氣體時，放出熱量，同時得到CO：H2為1：2，能恰好完全反應合成甲醇；
（3.）反應熱=反應物總鍵能﹣生成物總鍵能，故△H1=1076kJ．mol﹣1+2×436kJ．mol﹣1﹣（3×413+343+465）kJ．mol﹣1=﹣99kJ．mol﹣1；
根據蓋斯定律：反應②﹣反應①=反應③，故△H3=△H2﹣△H1=﹣58kJ．mol﹣1﹣（﹣99kJ．mol﹣1）=+41kJ．mol﹣1 ， 所以答案是：﹣99；+41；
（4.）①n（KOH）=2mol/L×2L=2mol，該裝置是燃料電池，負極上甲烷失電子發生氧化反應，正極上氧氣得電子發生還原反應，根據原子守恒得0＜n（CO2）≤ =2mol，二氧化碳不足量，則反應生成碳酸鉀，電池總反應方程式為：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，所以答案是：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O；②44.8L＜V≤89.6L時，根據原子守恒得 =2mol＜n（CO2）≤ =4mol，反應生成碳酸氫鉀，負極反應式為CH4﹣8e﹣+9CO32﹣+3H2O=10HCO3﹣ ， 所以答案是：CH4﹣8e﹣+9CO32﹣+3H2O=10HCO3﹣ ．