Question

海底蕴藏着大量的“可燃冰”．用甲烷制水煤气（CO、H₂），再合成甲醇来代替日益供应紧张的燃油．

已知：

①CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.2kJ•mol^﹣1

②CH₄（g）+O₂（g）=CO（g）+2H₂（g）△H₂=﹣35.4kJ•mol^﹣1

③CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H₃=+165.0kJ•mol^﹣1

（1）CH₄（g）与CO₂（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学方程式为　　．

（2）从原料、能源利用的角度，分析反应②作为合成甲醇更适宜方法的原因是　　．

（3）水煤气中的H₂可用于生产NH₃，在进入合成塔前常用[Cu（NH₃）₂]Ac溶液来吸收其中的CO，防止合成塔中的催化剂中毒，其反应是：[Cu（NH₃）₂]Ac+CO+NH₃⇌[Cu（NH₃）₃]Ac•CO△H＜0，[Cu（NH₃）₂]Ac溶液吸收CO的适宜生产条件应是　　．

（4）将CH₄设计成燃料电池，其利用率更高，装置示意如图（A、B为多孔性石墨棒）．持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL．

①0＜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　　．

③V=67.2L时，溶液中离子浓度大小关系为　　．

Answer 1

考点：

用盖斯定律进行有关反应热的计算；常见化学电源的种类及其工作原理；化学平衡的调控作用．.
专题：	基本概念与基本理论．
分析：	（1）根据盖斯定律结合已知热化学方程式分析； （2）从能量角度和原子利用率角度两个方面分析； （3）已知正反应是气体物质体积减小的放热反应，据此分析； （4）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；根据甲烷的量计算生成的二氧化碳的量，结合反应方程式判断反应产物及发生的反应．
解答：	解：（1）根据盖斯定律可知，①×2﹣③可得CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g），所以其△H=[（+206.2）×2﹣（+165.0）]kJ•mol﹣1=+247.4 kJ•mol﹣1，所以CH4（g）与CO2（g）反应生成CO（g）和H2（g）的热化学方程式为CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4 kJ•mol﹣1， 故答案为：CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4 kJ•mol﹣1； （2）从能量角度比较，①是吸热反应，需要消耗更多能量，②是放热反应，不需要太多能量；从原子利用率角度，由于CO+2H2→CH3OH，①的产物中氢原子不可能全部变为CH3OH，而②的产物中所有原子都可能全部变为CH3OH；因此选②，甲烷不完全燃烧制合成气时放出热量，还得到物质的量之比为1：2的CO和H2的混合气体，能恰好完全反应生成甲醇， 故答案为：选择CH4不完全燃烧制合成气时，放出热量，同时得到的CO、H2物质的量之比为1：2，能恰好完全反应合成甲醇，符合绿色化学的“原子经济”原则； （3）已知正反应是气态物质体积减小的放热反应，因此采用降低温度、增大压强能使平衡右移，提高CO的转化率，故答案为：低温、高压； （4）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3； ①当0＜V≤44.8 L时，0＜n（CH4）≤2mol，则0＜n（CO2）≤2mol，只发生反应①②，且KOH过量，则电池总反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O， 故答案为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O； ②当44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH4）≤4mol，则2mol＜n（CO2）≤4mol，发生反应①②③，得到K2CO3和KHCO3溶液，则负极反应式为CH4﹣8e﹣+9CO32﹣+3H2O=10HCO3﹣， 故答案为：CH4﹣8e﹣+9CO32﹣+3H2O=10HCO3﹣； ③当V=67.2 L时，n（CH4）=3mol，n（CO2）=3mol，则电池总反应式为3CH4+6O2+4KOH=K2CO3+2KHCO3+7H2O，则得到1molK2CO3和2molKHCO3的溶液，则c（K+）＞c（HCO3﹣）＞c（CO32﹣）＞c（OH﹣）＞c（H+）， 故答案为：c（K+）＞c（HCO3﹣）＞c（CO32﹣）＞c（OH﹣）＞c（H+）．
点评：	本题考查了运用盖斯定律计算焓变、热化学方程式的书写、评价物质合成方案、影响化学平衡的因素、燃料电池、溶液中离子浓度大小关系等重要考点，涉及的知识点较多，综合性较强，难度较大．