海底蘊(yùn)藏著大量的“可燃冰”.用甲烷制水煤氣(CO、H2),再合成甲醇來代替日益供應(yīng)緊張的燃油.

已知:

①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H1=+206.2kJ•mol﹣1

②CH4(g)+O2(g)=CO(g)+2H2(g)△H2=﹣35.4kJ•mol﹣1

③CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H3=+165.0kJ•mol﹣1

(1)CH4(g)與CO2(g)反應(yīng)生成CO(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式為  

(2)從原料、能源利用的角度,分析反應(yīng)②作為合成甲醇更適宜方法的原因是  

(3)水煤氣中的H2可用于生產(chǎn)NH3,在進(jìn)入合成塔前常用[Cu(NH32]Ac溶液來吸收其中的CO,防止合成塔中的催化劑中毒,其反應(yīng)是:[Cu(NH32]Ac+CO+NH3⇌[Cu(NH33]Ac•CO△H<0,[Cu(NH32]Ac溶液吸收CO的適宜生產(chǎn)條件應(yīng)是  

(4)將CH4設(shè)計(jì)成燃料電池,其利用率更高,裝置示意如圖(A、B為多孔性石墨棒).持續(xù)通入甲烷,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,消耗甲烷體積VL.

①0<V≤44.8L時,電池總反應(yīng)方程式為  

②44.8L<V≤89.6L時,負(fù)極電極反應(yīng)為  

③V=67.2L時,溶液中離子濃度大小關(guān)系為  


考點(diǎn):

用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算;常見化學(xué)電源的種類及其工作原理;化學(xué)平衡的調(diào)控作用..

專題:

基本概念與基本理論.

分析:

(1)根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知熱化學(xué)方程式分析;

(2)從能量角度和原子利用率角度兩個方面分析;

(3)已知正反應(yīng)是氣體物質(zhì)體積減小的放熱反應(yīng),據(jù)此分析;

(4)n(KOH)=2mol/L×2L=4mol,可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3;根據(jù)甲烷的量計(jì)算生成的二氧化碳的量,結(jié)合反應(yīng)方程式判斷反應(yīng)產(chǎn)物及發(fā)生的反應(yīng).

解答:

解:(1)根據(jù)蓋斯定律可知,①×2﹣③可得CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),所以其△H=[(+206.2)×2﹣(+165.0)]kJ•mol﹣1=+247.4 kJ•mol﹣1,所以CH4(g)與CO2(g)反應(yīng)生成CO(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式為CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=+247.4 kJ•mol﹣1,

故答案為:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=+247.4 kJ•mol﹣1

(2)從能量角度比較,①是吸熱反應(yīng),需要消耗更多能量,②是放熱反應(yīng),不需要太多能量;從原子利用率角度,由于CO+2H2→CH3OH,①的產(chǎn)物中氫原子不可能全部變?yōu)镃H3OH,而②的產(chǎn)物中所有原子都可能全部變?yōu)镃H3OH;因此選②,甲烷不完全燃燒制合成氣時放出熱量,還得到物質(zhì)的量之比為1:2的CO和H2的混合氣體,能恰好完全反應(yīng)生成甲醇,

故答案為:選擇CH4不完全燃燒制合成氣時,放出熱量,同時得到的CO、H2物質(zhì)的量之比為1:2,能恰好完全反應(yīng)合成甲醇,符合綠色化學(xué)的“原子經(jīng)濟(jì)”原則;

(3)已知正反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)體積減小的放熱反應(yīng),因此采用降低溫度、增大壓強(qiáng)能使平衡右移,提高CO的轉(zhuǎn)化率,故答案為:低溫、高壓;

(4)n(KOH)=2mol/L×2L=4mol,可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3;

①當(dāng)0<V≤44.8 L時,0<n(CH4)≤2mol,則0<n(CO2)≤2mol,只發(fā)生反應(yīng)①②,且KOH過量,則電池總反應(yīng)式為CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,

故答案為:CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O;

②當(dāng)44.8 L<V≤89.6 L,2mol<n(CH4)≤4mol,則2mol<n(CO2)≤4mol,發(fā)生反應(yīng)①②③,得到K2CO3和KHCO3溶液,則負(fù)極反應(yīng)式為CH4﹣8e+9CO32+3H2O=10HCO3

故答案為:CH4﹣8e+9CO32+3H2O=10HCO3;

③當(dāng)V=67.2 L時,n(CH4)=3mol,n(CO2)=3mol,則電池總反應(yīng)式為3CH4+6O2+4KOH=K2CO3+2KHCO3+7H2O,則得到1molK2CO3和2molKHCO3的溶液,則c(K+)>c(HCO3)>c(CO32)>c(OH)>c(H+),

故答案為:c(K+)>c(HCO3)>c(CO32)>c(OH)>c(H+).

點(diǎn)評:

本題考查了運(yùn)用蓋斯定律計(jì)算焓變、熱化學(xué)方程式的書寫、評價物質(zhì)合成方案、影響化學(xué)平衡的因素、燃料電池、溶液中離子濃度大小關(guān)系等重要考點(diǎn),涉及的知識點(diǎn)較多,綜合性較強(qiáng),難度較大.


練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


海水是一個非常豐富的化學(xué)資源,以海水為原料可制取Mg、氯氣、Br2、碘等。

(1)寫出鎂在二氧化碳中燃燒的化學(xué)方程式:________________________________。

(2)下列有關(guān)海水綜合利用的說法正確的是________。

A.海水中含有鉀元素,只需經(jīng)過物理變化就可以得到鉀單質(zhì)

B.海水蒸發(fā)制海鹽的過程中只發(fā)生了化學(xué)變化

C.從海水中可以得到MgCl2,電解熔融MgCl2可制備鎂

D.從海帶中提取碘單質(zhì)的過程不涉及氧化還原反應(yīng)

(3)液溴呈________色,提取單質(zhì)溴時常將氯氣通入苦鹵(海水曬鹽后得到的母液)中,將其中的溴離子氧化,反應(yīng)的離子方程式為________________________,

(4)加碘食鹽中的含碘物質(zhì)是________,碘加熱時變成紫色的碘蒸氣,這一過程叫________。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


由阿伏加德羅常數(shù)(NA)和一個水分子的質(zhì)量(m)、一個水分子的體積(V),能確定的物理量有(  )

A.1摩爾水的質(zhì)量      B.1摩爾水蒸氣的質(zhì)量

C.1摩爾水的體積          D.1摩爾水蒸氣的體積

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


海水中主要含有Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl、Br、SO42、HCO3、CO32等離子,火力發(fā)電時排放的煙氣可用海水脫硫,其工藝流程如下圖所示:下列說法錯誤的是( 。

 

A.

海水pH約為8的原因主要是天然海水含CO32、HCO3

 

B.

吸收塔中發(fā)生的反應(yīng)有SO2+H2O⇌H2SO3

 

C.

氧化主要是氧氣將HSO3、SO32、H2SO3氧化為SO42

 

D.

經(jīng)稀釋“排放”出的廢水中,SO42濃度與海水相同

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


下列解釋實(shí)驗(yàn)事實(shí)的方程式不正確的是( 。

 

A.

葡萄糖的酯化反應(yīng)若用濃硫酸作催化劑會炭化發(fā)黑:C6H12O6(葡萄糖)6C+6H2O

 

B.

向AgNO3溶液中加入過量Na2S溶液后,再加NaCl稀溶液,黑色沉淀變成白色:Ag2S+2Cl=2AgCl↓+S2

 

C.

將NH3通入滴有酚酞的水中,溶液變紅:NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH

 

D.

明礬的水溶液pH<7:Al3++3H2O⇌Al(OH)3+3H+

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


下列變化必須加入氧化劑才能實(shí)現(xiàn)的是              

A.Cr2O72- → CrO42-               B.HNO3 → NO

C.SiO2 → Si                     D.CH3CH2OH → CH3CHO

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


室溫下,下列有關(guān)兩種溶液的說法不正確的是             

序號

pH

12

12

溶液

氨水

氫氧化鈉溶液

A.①②兩溶液中c(OH)相等

B.①溶液的物質(zhì)的量濃度為0.01 mol·L-1

C.①②兩溶液分別加水稀釋10倍,稀釋后溶液的pH:①>②

D.等體積的①②兩溶液分別與0.01 mol·L-1的鹽酸完全中和,消耗鹽酸的體積:①>②

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


在2A+B═3C+4D反應(yīng)中,下面表示的化學(xué)反應(yīng)速率最快的是

A.v(A)=0.5mol/(L•min)                         B.v(B)=0.05mol/(L•min)

C.v(C)=0.9mol/(L•min)                         D.v(D)=1.0mol/(L•min)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


在恒容的密閉容器中,可逆反應(yīng)X(s)+3Y(g) 2Z(g);ΔH>0,達(dá)到平衡時,下列說法正確的是(   )

A.充入少量He使容器內(nèi)壓強(qiáng)增大,平衡向正反應(yīng)方向移動

B.升高溫度,平衡向正反應(yīng)方向移動,平均分子量變小

C.繼續(xù)加入少量X,X的轉(zhuǎn)化率減小,Y的轉(zhuǎn)化率增大

D.繼續(xù)加入少量Y,再次平衡時,Y的體積分?jǐn)?shù)比上次平衡小

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