Question

【題目】2013年12月17日,中國國土資源部召開新聞發布會,宣布在廣東沿海珠江口盆地東部海域首次鉆獲高純度可燃冰。可燃冰的主要成分是甲烷,甲烷既是清潔的燃料,也是重要的化工原料。

（1）甲烷和二氧化碳重整制合成氣,對于溫室氣體的治理具有重大意義。

已知:CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）ΔH=+247.3 kJ·mol-1

CH4（g）C（s）+ 2H2（g） ΔH=+75 kJ·mol-1

①反應2CO（g）C（s）+CO2（g）在一定條件下能自發進行的原因是 。

②合成甲醇的主要反應是:2H2（g）+CO（g）CH3OH（g）ΔH=-90.8 kJ·mol-1,T ℃下此反應的平衡常數為160。某時刻測得各組分的濃度如下:

比較此時正、逆反應速率的大小:v（正） v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）。生產過程中,合成氣要進行循環,其目的是 。

③在一恒容密閉容器中,要提高反應2H2（g）+CO（g）CH3OH（g）中CO的轉化率,可以采取的措施是 。

a.升溫

b.加入催化劑

c.增加CO的濃度

d.加入H2

e.加入惰性氣體

f.分離出甲醇

（2）以甲烷為燃料的新型電池,其成本大大低于以氫為燃料的傳統燃料電池,如圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖。

①B極為電池 極,電極反應式為 。

②若用該燃料電池作電源,用石墨作電極電解100 mL 1 mol/L的硫酸銅溶液,當兩極收集到的氣體體積相等時,理論上消耗甲烷的體積為 （標況下）。

Answer 1

【答案】（1）①ΔH＜0

②＞ 提高原料的利用率 ③df

（2）①負 CH4 + 4O2--8e- CO2+ 2H2O

② 1.12 L

【解析】本題主要考查化學反應原理,意在考查考生在理解所學各部分化學知識的本質區別與內在聯系的基礎上,運用所掌握的知識進行必要的分析、類推或計算,解釋、論證一些具體化學問題的能力。（1）①用已知的第二個反應減去第一個反應得:2CO（g）C（s）+CO2（g）ΔH=+75 kJ·mol-1-247.3 kJ·mol-1 =-172.3 kJ·mol-1。該反應的ΔH＜0,是放熱反應,而熵ΔS＜0,所以在一定條件下能自發進行。②該時刻下=100＜K=160,所以平衡正向移動,v（正）＞v（逆）。因為反應是可逆反應,為了提高原料的利用率,合成氣要進行循環。③升高溫度,平衡向逆反應方向移動,CO的轉化率減小;使用催化劑,平衡不移動,CO的轉化率不變;增加CO的濃度,CO的轉化率減小;加入惰性氣體,平衡不移動,CO的轉化率不變。

（2）①B極通入的氣體是甲烷,甲烷發生氧化反應,故B極是電池的負極。電池總反應為CH4+2O2CO2+2H2O,因為電解質是固體氧化物,所以正極O2發生還原反應生成O2-,電極反應式為O2+4e-2O2-,用總方程式減去正極反應式即得負極反應式。②電解CuSO4溶液時,陰極生成Cu,陽極生成O2。當Cu2+被電解完之后,水電離產生的H+即被還原為H2。0.1 mol Cu2+被還原時,陽極生成0.05 mol O2;此后再電解0.1 mol H2O時,生成0.1 mol H2和0.05 mol O2,兩極收集到的氣體體積相等。電路中一共轉移0.4 mol電子,需要CH4的物質的量為0.4 mol/8 =0.05 mol,V（CH4）= 1.12 L。