Question

氢气是一种清洁能源，氢气的制取与利用是氢能源领域的研究热点
已知：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1
（1）以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法．CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO₂（g）和H₂（g）的热化学方程式为

 

．
（2）上述方法值得的H₂可以和CO在一定条件下合成多种有机物，当两者一物质的量1：1催化反应，其原子利用率达100%，合成的物质可能是

 

．
a．汽油    b．乙醇    c．甲醛（HCHO）　　d．乙酸
（3）在一定温度和压强下，CO和H₂催化合成二甲醛的反应为：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
若一体积可变的密闭容器中充入3mol H₂，3mol CO．1mol CH₃，1mol CO₂，经一定时间达到平衡，并测得平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍．则：反应开始时正，逆反应速率的大小：v（正）

 

v（逆）（填“＞”“＜”“=”），平衡时，n（CH₃OCH₃）=

 

mol．
（4）电解尿素[CO（NH₂）₂]的碱性溶液制氢的装置示意图如图（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳极均为惰性电极），电解时，阳极的电极反应式为

 

，若用铅蓄电池电解该装置，每产生1mol N₂，则消耗铅蓄电池负极材料的质量为

 

g．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据已知的反应和目标反应，利用盖斯定律来计算反应热，并书写热化学反应方程式；
（2）根据质量守恒定律和化合反应的定义和特点判断，主要是利用反应前后原子的种类不变，其数目必保持不变分析判断；
（3）反应前后气体总质量不变；用差量法解题，方程式中3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）减少了4mol；
（4）由阳极排出液中含有大量的碳酸盐成份，则尿素在阳极参与反应，N元素的化合价升高，以此来书写电极反应；利用总反应计算出生成1mol氮气转移的电子的物质的量，再根据电子守恒计算出需要铅的质量．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO （g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1，
②CH₄（g）+CO₂（g）═2CO （g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1，
由盖斯定律可知，①×2-②可得CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g），
其反应热△H=（+206.2kJ?mol^-1）×2-（+247.4kJ?mol^-1）=+165.0 kJ?mol^-1，
即热化学方程式为CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1；
（2）“绿色化学”能实现零排放，即反应物中的原子利用率达到100%，也就是说反应类型一般是化合反应，且反应后产物中的各原子数目比不变，CO和H₂在一定条件下按照不同的比例反应，可假定反应时的化学计量数之比为1：1，则只要各选项中的化学式能化为形式（CO）_n（H₂）_n，都是正确的，汽油是烃类的混合物，乙醇（C₂H₆O）可变为（C₂O）₁（H₂）₃，甲醛（CH₂O）可变为（CO）₁（H₂）₁，乙酸（C₂H₄O₂）可变为（CO）₂（H₂）₂，
故答案为：cd；
（3）反应前后气体总质量不变，同温、同压下，达到平衡时，气体密度增大，即气体体积缩小，说明平衡向着正向移动，即：v（正）＞v（逆）；平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，则总物质的量变为原先的

1

1.6

=0.625倍，总物质的量=8×0.625=5mol，反应前后减少了3mol，设反应生成甲醚xmol，
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△n，
                    1                6-2=4 
                    x                3mol
4x=1×3mol，
解得：x=0.75mol
所以平衡时，n（CH₃OCH₃）=1+0.75=1.75mol，
故答案为：＞； 1.75； 
（4）由阳极排出液中含有大量的碳酸盐成份，尿素在阳极参与反应，则阳极反应式为CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-═CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，
由图可知，阴极生成氢气，则阴极反应为6H₂O+6e^-═3H₂↑+6OH^-，总反应为CO（NH₂）₂+2KOH═K₂CO₃+N₂↑+3H₂↑，生成1mol氮气转移了6mol电子，铅蓄电池负极材料为Pb，1mol铅完全反应失去2mol电子，所以转移6mol电子需要3molPb，需要Pb的质量为：207g/mol×3mol=621g，
故答案为：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-═CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；621．

点评：本题考查了热化学方程式的书写、原电池工作原理、化学平衡的影响因素及计算，题目难度较大，试题题量较大，知识点较多，充分考查了学生对所学知识的掌握情况，试题有利于培养学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．