Question

可燃冰主要含有甲烷水合物(CH₄·nH₂O)，还含少量CO₂等物质。

(1)可燃冰中，CH₄分子的空间构型为_______，CO₂的电子式为________

(2)工业利用甲烷制氢气，化学方程式为CH₄(g) + H₂O(g)⇌CO(g) + 3H₂(g)

①下列措施能加快反应速率的是_______

a．降低温度     b．增加CH₄浓度     c．使用催化剂

②若上述反应在恒容的密闭容器中进行，下列叙述中能说明该反应已达平衡状态的是______

a．c(H₂) = 3c(H₂O)  b．混合气体的质量不再变化 c．单位时间内生成1 mol CO，同时消耗3 mol H₂

(3)某种甲烷燃料电池工作原理如图所示:

①电子移动方向为________，(填“a→b"或“b→a")

②b电极的电极反应式为____________。

(4)甲烷可催化还原NO，反应历程如图所示:

①该历程中，反应i为CH₄+ 12Fe₂O₃=8Fe₃O₄+CO₂+2H₂O，

则反应ii的化学方程式为____________

②工业上催化还原2molNO，理论上需要______LCH₄ (标准状况下)。

Answer

正四面体形(或正四面体) bc c a→b O2+2H2O+4e-=4OH- 4Fe3O4+2NO= 6Fe2O3+N2 11.2

【解析】

甲烷为立体结构，二氧化碳为共价化合物；升高温度，增大反应物浓度，加入催化剂等都可以加快反应速率；燃料电池中，燃料通入的一极为负极，氧气通入的一极为正极。

(1)CH4分子的空间构型为正四面体结构，CO2分子中碳氧原子间共用两对电子，其电子式为。

(2) ①a．降低温度，反应速率减慢，a错误；

b．增加CH4浓度，反应速率加快，b正确；

c．使用催化剂，反应速率加快，c正确；

答案选bc。

②a．当c(H2) = 3c(H2O)时，不能说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡状态，a错误；

b．反应物和生成物均为气体，根据质量守恒，混合气体的质量一直不变，不能说明达到平衡状态，b错误；

c．单位时间内生成1 mol CO，同时消耗3 mol H2，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，c正确；

答案选c。

(3)①电池中电子由负极移向正极，综上分析，a为负极，b为正极，故电子移动方向为a→b。②b电极为正极发生还原反应，氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-。

(4)①根据反应历程图可知，该历程中，反应i为CH4+ 12Fe2O3=8Fe3O4+CO2+2H2O，反应ii中四氧化三铁与一氧化氮反应生成氮气和氧化铁，化学方程式为4Fe3O4+2NO= 6Fe2O3+N2。

②根据化学方程式可知，工业上催化还原2molNO，则需要消耗4mol Fe3O4，则理论上需要CH40.5mol，标准状况下体积为11.2L。