Question

（14分）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。

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

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

③ CH­­₄ (g) ＋ 2H₂O (g) ＝CO­₂ (g) ＋4H₂ (g)     △H₃＝+165.0 kJ·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）从原料选择和能源利用角度，比较方法①和②，为合成甲醇，用甲烷制合成气的适宜方法为           （填序号），其原因是            。

（3）合成气中的H₂可用于生产NH₃，在进入合成塔前常用Cu(NH₃)₂Ac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)₂Ac + CO + NH₃  [Cu(NH₃)₃]Ac·CO  △H＜0

Cu(NH₃)₂Ac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，装置示意如右图（A、B为多孔性碳棒）。持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL。

         ① O<V≤44.8 L时，电池总反应方程式为            ；

         ② 44.8 L<V≤89.6 L时，负极电极反应为            ；

 ③V=67.2 L时，溶液中离子浓度大小关系为            。

 

Answer 1

（1）CH₄ (g)＋CO₂ (g) ＝2CO (g)＋2H₂ (g)  △H＝+247.4kJ·mol^－1（2分）

（2）②（2分）  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。（2分）

（3）低温、高压（2分）

（4）   ①CH4 + 2O2 + 2KOH ＝K2CO3 +3H2O       （2分）

②CH₄—8e^—+9CO₃^2—+3H₂O ＝10 HCO₃^—      （2分）

③c(K^＋)＞c(HCO₃^－)＞c(CO₃^2－)＞c(OH^—)＞c(H⁺) （2分）

解析:（1）①×2－③即得到CH₄ (g)＋CO₂(g) ＝2CO (g)＋2H₂(g)，所以△H＝+247.4 kJ·mol^－1。

（2）因为合成气是混合气体，而CO和H₂生成甲醇的体积比1︰2，在反应②中二者的体积恰好是1︰2。

（3）因为反应是体积减小的放热的可逆反应，所以适宜的条件是低温、高压。

（4）电解池中的氢氧化钠是4mol，所以若甲烷恰好是44.8L，即2mol时，生成物恰好是2mol碳酸钠。若甲烷恰好是89.6L，即4mol时，生成物恰好是4mol碳酸氢钠。当V=67.2 L，即3mol时，生成物既有碳酸钠，又有碳酸氢钠，且物质的量分布是1mol和2mol。