Question

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 0<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             ；

③ V=67.2 L时，溶液中离子浓度大小关系为             。

Answer

（14分）（1）CH4 (g)+CO2 (g)=2CO (g)+2H2 (g)   △H=+247.4 kJ·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－+ 9CO32－+3H2O=10HCO3－（2分）

③c(K＋)＞c(HCO3－)＞c(CO32－)＞c(OH－)＞c(H+) （2分）

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，①×2—③可约去H2O(g)，则CH4(g)+CO2 (g)=2CO(g)+2H2(g)的△H=①的△H×2—③的△H=[（+206.2）×2—（+165.0）] kJ·mol－1=+247.4 kJ·mol－1；（2）从能量角度比较，①是吸热反应，需要消耗更多能量，②是放热反应，不需要太多能量；从原子利用率角度，由于CO+2H2→CH3OH，①的产物中氢原子不可能全部变为CH3OH，而②的产物中所有原子都可能全部变为CH3OH；因此选②，甲烷不完全燃烧制合成气时放出热量，还得到物质的量之比为1∶2的CO和H2的混合气体，能恰好完全反应生成甲醇；（3）由于正反应是气态物质体积减小的放热反应，因此采用降低温度、增大压强能使平衡右移，提高CO的转化率，防止催化剂中毒；（4）n(KOH)=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O =2KHCO3；当0