Question

蕴藏在海底的大量“可燃冰”，其开发利用是当前解决能源危机的重要课题。用甲烷制水煤气（CO、H₂），再合成甲醇可以代替日益供应紧张的燃油。下面是产生水煤气的几种方法：

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、能源利用的角度，分析作为合成甲醇更适宜的是反应              。（填序号）

（3）也可将CH₄设计成燃料电池，来解决能源问题，如图装置所示。持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷VL。

①0＜V≤33．6L时，负极电极反应为            。

②33．6L<V≤67．2L时，电池总反应方程式为               。

③V=44．8L时，溶液中离子浓度大小关系为                 。

（4）工业合成氨时，合成塔中每产生1molNH₃，放出46．1kJ的热量。某小组研究在上述温度下该反应过程中的能量变化。他们分别在体积均为VL的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应。相关数据如下：

容器 编号	起始时各物质物质的量/mol	达到平衡的时间	达平衡时体系能量的变化/kJ
N2	H2	NH3
①	1	4	0	t1 min	放出热量：36．88kJ
②	2	8	0	t2 min	放出热量：Q

下列叙述正确的是            （填字母序号）。

a．平衡时，两容器中H₂的体积分数相等

b．容器②中反应达平衡状态时，Q＞73．76kJ

c．反应开始时，两容器中反应的化学反应速率相等

d．平衡时，容器中N₂的转化率：①<②

e．两容器达到平衡时所用时间t₁>t₂

（5）下图是在反应器中将N₂和H₂按物质的量之比为1:3充入后，在200℃、400℃、600℃下，反应达到平衡时，混合物中NH₃的物质的量分数随压强的变化曲线。

①上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是              。

②M点对应的H₂转化率是             。

Answer

（1）CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H=+247.4KJ/mol

（2）②（3）①CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，

②CH4+2O2+NaOH=NaHCO3+2H2O，③[Na+]>[ HCO3-]>[ CO32]>[OH-]>[H+]

（4）①1.2/(v t1)mol·L-1·min-1；②bde（5）①M＜Q=N ②33.3%

【解析】

试题分析：（1）① CH4(g)＋H2O (g)＝CO (g)＋3H2(g) △H1＝+206.2kJ·mol-1，③ CH4 (g)＋2H2O (g)＝CO2 (g)＋4H2(g) △H3＝+165.0 kJ·mol-1，根据盖斯定律，①×2-③得CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)

△H=+247.4KJ/mol。

（2）四个反应中只有②是放热反应，从原料、能源利用的角度分析作为合成甲醇更适宜的是反应 ②。

（3）n（NaOH）=2L×1.5mol/L=3mol，可能先后发生反应a、CH4+2O2→CO2+2H2O、b、CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O、c、Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3；①0＜V≤33.6L时，0＜n（CH4）≤1.5mol，则0＜n（CO2）≤1.5mol，只发生反应ab，且KOH过量，则电池总反应式为CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O，负极电极反应为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；②33.6L73.76kJ，b正确；c．反应开始时，两容器中加入的量不同，反应的化学反应速率不相等，错误；d．平衡时，容器②相当于在①的基础上加压，平衡正向移动，则容器中N2的转化率：①<②，d正确；e．容器②中物质的物质的量浓度大，化学反应速率快，两容器达到平衡时所用时间t1>t2，e正确；答案选bde。

（5）①合成氨的反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，氨气的体积分数减小，故曲线a对应的温度为200℃，曲线b对应的温度为400℃，曲线c对应的温度为600℃。平衡常数K只与温度有关，同一温度下的平衡常数相等，该反应为放热反应，其温度越高平衡常数越小，则M、N、Q点平衡常数K的大小关系是M＜Q= N；②将N2和H2按物质的量之比为1:3充入，假设N2和H2的物质的量分别是amol和3amol，

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

起始物质的量（mol） a 3a 0

变化物质的量（mol） x 3x 2x

平衡物质的量（mol） a-x 3a-3x 2x

M点氨气的物质的量分数是20%，则2x/ （a-x+3a-3x+2x）=0.2，x/a=1/3，所以M点对应的H2转化率是33.3%。

考点：考查热化学方程式的书写、盖斯定律，燃料电池，化学平衡和元素化合物知识。