Question

【題目】CH4和CO2可以制造價值更高的化學產品。

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

（2）一定條件下，等物質的量的（1）中反應生成的氣體可合成二甲醚（CH3OCH3），同時還產生了一種可參與大氣循環的無機化合物，該反應的化學方程式為_____________________。

（3）用Cu2Al2O4作催化劑，一定條件下發生反應：CO2（g）＋CH4（g）CH3COOH（g），溫度與催化劑的催化效率和乙酸的生成速率的關系如圖，回答下列問題：

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

②300～400 ℃時，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℃時，K=1。此溫度下，若向一容積可變的密閉容器中同時充入1．0mol CO，3．0mol H2O，1．0mol CO2和xmol H2，則：

①當x=5．0時，上述反應向______方向進行。

②若要使上述反應開始時向正反應方向進行，則x應滿足的條件是______。

③在850℃時，若設x=5．0和x=6．0，其他物質的投料不變，當上述反應達到平衡后，測得H2的體積分數分別為a%、b%，則a______b（填“大于”“小于”或“等于”）。

（5）新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH4和O2，電解質為KOH溶液。某研究小組用甲烷燃料電池進行飽和氯化鈉溶液電解實驗，如圖所示：

回答下列問題：

若電池甲烷通入量為1L（標準狀況），且反應完全，則理論上通過電解池的電量為_______ （已知NA＝6．02×1023mol－1，電子電荷量為1．60×10－19C，列式表示即可），最多能產生的氯氣體積 為_______L（標準狀況）。

Answer 1

【答案】

（1）－949．0（2分）

（2）3CO＋3H2==CH3OCH3＋CO2（2分）

（3）①催化劑的催化效率降低，化學反應速率降低（1分）

②溫度升高，化學反應速率加快（1分）

（4）①逆反應（1分）

②0≤x＜3（2分）

③小于（1分）

（5）3．44×104C（2分） 4（2分）

【解析】

試題分析：

（1）用第一個+第二個×2-第三個×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）參與大氣循環的無機化合物氣體只能是CO2，所以方程式為3CO＋3H2===CH3OCH3＋CO2。

（3）①250～300 ℃時，乙酸的生成速率降低的原因是催化劑的催化效率降低，化學反應速率降低；②300～400 ℃時，乙酸的生成速率升高的原因是溫度升高，化學反應速率加快。

（4）①此時的濃度商Qc==1．67，大于平衡常數1，故平衡向逆反應方向移動；

②平衡向正反應方向移動，濃度商小于平衡常數，即＜1，解得x＜3，所以0≤x＜3；

③加入6mol氫氣所到達的平衡，可以等效為在加入5mol氫氣到達平衡后再加入1mol氫氣，增大一種生成物（氫氣）的體積分數，平衡向逆反應方向移動，平衡移動的結果是降低這種增大的幅度，但平衡后氫氣的體積分數還是大于原來的，故得H2的體積分數：a%＜b%；

（5）因為CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，所以電池甲烷通入量為1L（標準狀況），通過電解池的電量為×8×6．02×1023mol-1×1．60×10－19C=3．44×104C；根據電子得失守恒可知，氯氣的體積是×8÷2×22．4L/mol＝4L。