Question

【題目】可燃冰主要含有甲烷水合物(CH4·nH2O)，還含少量CO2等物質。

(1)可燃冰中，CH4分子的空間構型為_______，CO2的電子式為________

(2)工業利用甲烷制氫氣，化學方程式為CH4(g) + H2O(g)CO(g) + 3H2(g)

①下列措施能加快反應速率的是_______

a．降低溫度 b．增加CH4濃度 c．使用催化劑

②若上述反應在恒容的密閉容器中進行，下列敘述中能說明該反應已達平衡狀態的是______

a．c(H2) = 3c(H2O) b．混合氣體的質量不再變化 c．單位時間內生成1 mol CO，同時消耗3 mol H2

(3)某種甲烷燃料電池工作原理如圖所示:

①電子移動方向為________，(填“a→b"或“b→a")

②b電極的電極反應式為____________。

(4)甲烷可催化還原NO，反應歷程如圖所示:

①該歷程中，反應i為CH4+ 12Fe2O3=8Fe3O4+CO2+2H2O，

則反應ii的化學方程式為____________

②工業上催化還原2molNO，理論上需要______LCH4 (標準狀況下)。

Answer 1

【答案】正四面體形(或正四面體) bc c a→b O2+2H2O+4e-=4OH- 4Fe3O4+2NO= 6Fe2O3+N2 11.2

【解析】

甲烷為立體結構，二氧化碳為共價化合物；升高溫度，增大反應物濃度，加入催化劑等都可以加快反應速率；燃料電池中，燃料通入的一極為負極，氧氣通入的一極為正極。

(1)CH4分子的空間構型為正四面體結構，CO2分子中碳氧原子間共用兩對電子，其電子式為。

(2) ①a．降低溫度，反應速率減慢，a錯誤；

b．增加CH4濃度，反應速率加快，b正確；

c．使用催化劑，反應速率加快，c正確；

答案選bc。

②a．當c(H2) = 3c(H2O)時，不能說明正逆反應速率相等，反應已達到平衡狀態，a錯誤；

b．反應物和生成物均為氣體，根據質量守恒，混合氣體的質量一直不變，不能說明達到平衡狀態，b錯誤；

c．單位時間內生成1 mol CO，同時消耗3 mol H2，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態，c正確；

答案選c。

(3)①電池中電子由負極移向正極，綜上分析，a為負極，b為正極，故電子移動方向為a→b。②b電極為正極發生還原反應，氧氣得電子生成氫氧根離子，電極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-。

(4)①根據反應歷程圖可知，該歷程中，反應i為CH4+ 12Fe2O3=8Fe3O4+CO2+2H2O，反應ii中四氧化三鐵與一氧化氮反應生成氮氣和氧化鐵，化學方程式為4Fe3O4+2NO= 6Fe2O3+N2。

②根據化學方程式可知，工業上催化還原2molNO，則需要消耗4mol Fe3O4，則理論上需要CH40.5mol，標準狀況下體積為11.2L。