Question

【题目】据报道，在西藏冻土的一定深度下，发现了储量巨大的“可燃冰”，它主要是甲烷和水形成的水合物（CH4nH2O）．
（1）在常温常压下，“可燃冰”会发生分解反应，其化学方程式是 ．
（2）甲烷可制成合成气（CO、H2），再制成甲醇，代替日益供应紧张的燃油．
①在101KPa时，1.6g CH4（g）与H2O（g）反应生成CO、H2 ， 吸热20.64kJ．则甲烷与H2O（g）反应的热化学方程式： ．
②CH4不完全燃烧也可制得合成气：CH4（g）+ O2（g）═CO（g）+2H2（g）；
△H=﹣35.4kJmol﹣1 ． 则从原料选择和能源利用角度，比较方法①和②，合成甲醇的适宜方法为（填序号）；原因是 ．
（3）利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：
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
回答下列问题：
已知反应①中相关的化学键键能数据如下：

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

由此计算△H1=kJmol﹣1 ， 已知△H2=﹣58kJmol﹣1 ， 则△H3=kJmol﹣1 ．
（4）可燃冰中CH4的其它用途是，将CH4设计成燃料电池，其利用率更高，装置示意图（A、B为多孔性碳棒）．持续通人甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL．
①O＜V≤44.8L时，电池总反应方程式为 ，
②44.8L＜V≤89.6L时，负极电极反应为 ．

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；选择CH4不完全燃烧，制合成气体时，放出热量，同时得到CO：H2为1：2，能恰好完全反应合成甲醇
（3）﹣99；+41
（4）CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O；CH4﹣8e﹣+9CO32﹣+3H2O=10HCO3﹣
【解析】解：（1.）在常温常压下，“可燃冰”会发生分解反应生成甲烷与水，反应方程式为：CH4nH2O=CH4↑+nH2O，所以答案是：CH4nH2O=CH4↑+nH2O；
（2.）①在101kPa时，1.6g CH4 （g）与H2O（g）反应生成CO、H2 ， 吸热20.64kJ，则1mol甲烷反应吸收热量为206.4kJ，热化学方程式为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不完全燃烧制合成气时，放出热量，同时得到的CO、H2的化学计量数之比为1：2，能恰好完全反应合成甲醇，而方法一吸收热量，得到CO、H2的化学计量数之比为1：3，不能恰好转化为甲醇，故方法二更好，所以答案是：②；选择CH4不完全燃烧，制合成气体时，放出热量，同时得到CO：H2为1：2，能恰好完全反应合成甲醇；
（3.）反应热=反应物总键能﹣生成物总键能，故△H1=1076kJ．mol﹣1+2×436kJ．mol﹣1﹣（3×413+343+465）kJ．mol﹣1=﹣99kJ．mol﹣1；
根据盖斯定律：反应②﹣反应①=反应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，该装置是燃料电池，负极上甲烷失电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应，根据原子守恒得0＜n（CO2）≤ =2mol，二氧化碳不足量，则反应生成碳酸钾，电池总反应方程式为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，所以答案是：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O；②44.8L＜V≤89.6L时，根据原子守恒得 =2mol＜n（CO2）≤ =4mol，反应生成碳酸氢钾，负极反应式为CH4﹣8e﹣+9CO32﹣+3H2O=10HCO3﹣ ， 所以答案是：CH4﹣8e﹣+9CO32﹣+3H2O=10HCO3﹣ ．