Question

【題目】合成氣的主要成分是一氧化碳和氫氣，可用于合成二甲醚等清潔燃料。從天然氣獲得合成氣過程中可能發生的反應有：

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206.1kJ/mol ①

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH2=+247.3kJ/mol ②

請回答下列問題：

(1)在一密閉容器中進行反應①，測得CH4的物質的量濃度隨反應時間的變化如圖1所示。反應進行的前5min內，v(H2)=____；10min時，改變的外界條件可能是_____。

(2)如圖2所示，在甲、乙兩容器中分別充入等物質的量的CH4和CO2，使甲、乙兩容器初始容積相等。在相同溫度下發生反應②，并維持反應過程中溫度不變。已知甲容器中CH4的轉化率隨時間變化的圖像如圖3所示，請在圖3中畫出乙容器中CH4的轉化率隨時間變化的圖像_____。

(3)800℃時，反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的化學平衡常數K=1.0，某時刻測得該溫度下的密閉容器中各物質的物質的量見下表，此時反應中正、逆反應速率的關系式是____（填序號）。

a.v(正)＞v(逆)

b.v(正)＜v(逆)

c.v(正)=v(逆)

d.無法判斷

CO	H2O	CO2	H2
0.5mol	8.5mol	2.0mol	2.0mol

(4)二甲醚（CH3OCH3）可由合成氣（CO和H2）在一定條件下制得，寫出該反應的化學方程式：____。

(5)以二甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極構成燃料電池。該電池的負極電極反應方程式是：____。用二甲醚燃料電池為電源，用鉑電極電解KCl和CuSO4的混合溶液，當電路中通過0.3mol電子的電量時，陰陽兩極都產生2.8L的氣體(標準狀況)，若電解后溶液體積為1L，則陽極氣體的成分及物質的量為：____。

Answer 1

【答案】0.3mol/(L·min) 升高溫度或沖入水蒸氣 a 2CO+4H2→CH3OCH3+H2O（一定條件） CH3OCH3+16OH--12e-=2CO32-+11H2O O2：0.025mol、Cl2：0.10mol

【解析】

(1)反應進行的前5min內，CH4的濃度變化量為0.50mol/L，由此可求出v(H2)；10min時，改變的外界條件，2min內CH4的濃度變化量為0.25mol/L，與前一時間段進行對比，從而得出反應速率加快，由此預測可能發生改變的外界條件。

(2)因為反應CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)發生后，氣體分子數增大，所以乙容器相當于甲容器減小壓強，由此可確定平衡移動的方向、CH4的轉化率變化及所需的時間。

(3)800℃時，反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的化學平衡常數K=1.0，利用表中數據求濃度商，并與K進行比較，從而確定平衡移動的方向，由此得出正、逆反應速率的相對大小。

(4) CO和H2在一定條件下制得CH3OCH3，由此可寫出該反應的化學方程式。

(5)以二甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極構成燃料電池。該電池的負極為二甲醚在堿性條件下失電子，轉化為CO32-等。用二甲醚燃料電池為電源，用鉑電極電解KCl和CuSO4的混合溶液，陽極先發生Cl-失電子生成Cl2的反應，后發生H2O失電子生成O2的反應；陰極先發生Cu2+得電子的反應，后發生H2O得電子生成H2的反應，代入數據建立方程式，即可求出結果。

(1)從圖中可提取以下信息，反應進行的前5min內，CH4的濃度變化量為0.50mol/L；10min后，改變某條件，2min內CH4的濃度變化量為0.25mol/L。則反應進行的前5min內，v(CH4)==0.10mol/(L·min)，依據化學方程式CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，可得出v(H2)=3v(CH4)= 0.30mol/(L·min)；與10min前進行對比，反應速率加快且平衡正向移動，所以改變的外界條件可能是升高溫度或沖入水蒸氣。答案為：0.30mol/(L·min)；升高溫度或沖入水蒸氣；

(2)我們以甲為參照，隨著反應的進行，氣體分子數增大，壓強增大，對于恒壓容器乙，相當于甲增大容積減小壓強，則反應速率減慢，但平衡正向移動，CH4的轉化率增大，由此可在圖3中畫出乙容器中CH4的轉化率隨時間變化的圖象為。答案為：；

(3)由表中數據及反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，可求出濃度商為Q==0.94<K，所以平衡正向移動，v(正)＞v(逆)，故選a。答案為：a；

(4) CO和H2在一定條件下制得CH3OCH3，化學方程式為2CO+4H2CH3OCH3+H2O。答案為：2CO+4H2CH3OCH3+H2O；

(5)以二甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極構成燃料電池。該電池的負極為二甲醚在堿性條件下失電子，轉化為CO32-等，電極反應方程式是：CH3OCH3+16OH--12e-=2CO32-+11H2O。

陽極發生的反應為：2Cl--2e-span>==Cl2↑，2H2O-4e-==O2↑+4H+。n(氣體)==0.125mol，設n(Cl2)=x，則n(O2)=0.125-x，從而得出2x+4×(0.125-x)=0.3mol，從而求出x=0.10mol，0.125-x=0.025mol，即O2：0.025mol、Cl2：0.10mol。答案為：O2：0.025mol、Cl2：0.10mol。