Question

【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(fù)極的電極反應(yīng)式_________。

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

①若平衡時(shí)壓強(qiáng)與初始?jí)簭?qiáng)比為21：11，平衡時(shí)CH4的濃度為____，50s內(nèi)用H2表示該反應(yīng)的平均速率 v(H2)＝____。

②以下可作為該反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)的標(biāo)志的是________。

A．氣體總壓強(qiáng)保持不變 B．氣體的密度保持不變 C．單位時(shí)間消耗1molCH4的同時(shí)生成3molH2 D．氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變 E．CO和H2的分子數(shù)之比為1:3

(3)與甲烷結(jié)構(gòu)相似的有機(jī)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(jià)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(gè)甲基的的烷烴可能結(jié)構(gòu)有_____種

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

Answer 1

【答案】CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O 0.005mol/L 0.0003mol/(L.s) AD 3 5 2，2，3—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(yīng)式；(2) 運(yùn)用三段式法根據(jù)反應(yīng)速率表達(dá)式進(jìn)行相關(guān)計(jì)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(yùn)用系統(tǒng)命名法命名有機(jī)物。

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

(2) ① 恒容時(shí)，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則平衡時(shí)，氣體總物質(zhì)的量為0.11mol×2×=0.42mol，設(shè)平衡時(shí)甲烷的濃度為a則

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

②A. 該反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，容器為恒容，則氣體總壓強(qiáng)保持不變，說(shuō)明各組分濃度保持不變，能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故A選；

B. 反應(yīng)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(shí)間消耗1molCH4的同時(shí)生成3molH2都表示正反應(yīng)方向速率，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C不選；

D. 反應(yīng)正方向?yàn)闅怏w物質(zhì)的量增大的過(guò)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(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D選；

E. CO和H2的分子數(shù)之比為1:3，并不能說(shuō)明濃度不在變化，故不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故E不選，故答案為：AD；

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

② CH3CH(C2H5)C(CH3)3中有5種不同化學(xué)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。