Question

【题目】CH4和CO2可以制造价值更高的化学产品。

已知：

CH4（g）＋2O2（g）=CO2（g）＋2H2O（g） ΔH1＝-802．0 kJ·mol－1

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g） ΔH2＝-41．2 kJ·mol－1

2CO（g）＋O2（g）=2CO2（g） ΔH3＝-566．0 kJ·mol－1

（1）求反应CH4（g）＋CO2（g）2CO（g）＋2H2（g） ΔH＝________ kJ·mol－1（用含a、b、c的代数式表示）。

（2）一定条件下，等物质的量的（1）中反应生成的气体可合成二甲醚（CH3OCH3），同时还产生了一种可参与大气循环的无机化合物，该反应的化学方程式为_____________________。

（3）用Cu2Al2O4作催化剂，一定条件下发生反应：CO2（g）＋CH4（g）CH3COOH（g），温度与催化剂的催化效率和乙酸的生成速率的关系如图，回答下列问题：

①250～300 ℃时，乙酸的生成速率降低的原因是________________________________。

②300～400 ℃时，乙酸的生成速率升高的原因是________________________________。

（4）已知：CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）。在850℃时，K=1。此温度下，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1．0mol CO，3．0mol H2O，1．0mol CO2和xmol H2，则：

①当x=5．0时，上述反应向______方向进行。

②若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是______。

③在850℃时，若设x=5．0和x=6．0，其他物质的投料不变，当上述反应达到平衡后，测得H2的体积分数分别为a%、b%，则a______b（填“大于”“小于”或“等于”）。

（5）新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组用甲烷燃料电池进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示：

回答下列问题：

若电池甲烷通入量为1L（标准状况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为_______ （已知NA＝6．02×1023mol－1，电子电荷量为1．60×10－19C，列式表示即可），最多能产生的氯气体积 为_______L（标准状况）。

Answer 1

【答案】

（1）－949．0（2分）

（2）3CO＋3H2==CH3OCH3＋CO2（2分）

（3）①催化剂的催化效率降低，化学反应速率降低（1分）

②温度升高，化学反应速率加快（1分）

（4）①逆反应（1分）

②0≤x＜3（2分）

③小于（1分）

（5）3．44×104C（2分） 4（2分）

【解析】

试题分析：

（1）用第一个+第二个×2-第三个×2得：CH4（g）＋CO2（g） 2CO（g）＋2H2（g）

ΔH＝（-802．0-412×2+556×2） kJ·mol－1=－949．0 kJ·mol－1

（2）参与大气循环的无机化合物气体只能是CO2，所以方程式为3CO＋3H2===CH3OCH3＋CO2。

（3）①250～300 ℃时，乙酸的生成速率降低的原因是催化剂的催化效率降低，化学反应速率降低；②300～400 ℃时，乙酸的生成速率升高的原因是温度升高，化学反应速率加快。

（4）①此时的浓度商Qc==1．67，大于平衡常数1，故平衡向逆反应方向移动；

②平衡向正反应方向移动，浓度商小于平衡常数，即＜1，解得x＜3，所以0≤x＜3；

③加入6mol氢气所到达的平衡，可以等效为在加入5mol氢气到达平衡后再加入1mol氢气，增大一种生成物（氢气）的体积分数，平衡向逆反应方向移动，平衡移动的结果是降低这种增大的幅度，但平衡后氢气的体积分数还是大于原来的，故得H2的体积分数：a%＜b%；

（5）因为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，所以电池甲烷通入量为1L（标准状况），通过电解池的电量为×8×6．02×1023mol-1×1．60×10－19C=3．44×104C；根据电子得失守恒可知，氯气的体积是×8÷2×22．4L/mol＝4L。