Question

【题目】天然气、可燃冰、页岩气、沼气的主要成分都是甲烷，甲烷既是一种清洁能源，也是一种重要的化工原料。

(1)以甲烷为主要原料可生产合成气(CO和H2)。

已知：①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－802.3 kJ·mol－1

②CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)

ΔH＝－41.0 kJ·mol－1

③2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)

ΔH＝－566.0 kJ·mol－1

则反应CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝__________________。

(2)以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸，反应方程式为CO2(g)＋CH4(g) CH3COOH(g)。

①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图1所示。250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是_________________________。

②为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是______________________(写出一条即可)。

(3)甲烷燃料电池是一种新型电池。如图2所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置Ⅱ可实现铁棒上镀铜。

①电极b上的电极反应式是______________________。

②电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH________(填“变大”、“变小”或“不变”，下同)，装置Ⅱ中Cu2＋的物质的量浓度______________。

③若完全反应后，装置Ⅱ中阴极质量增加12.8 g，则装置Ⅰ中理论上消耗的氧气在标准状况下的体积为________L。

Answer 1

【答案】(1)＋247.7 kJ·mol－1

(2)①温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低 ②缩小容器体积(增大压强)或增大CO2的浓度(答出一条即可)

(3)①O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ②变小 不变 ③2.24

【解析】(1)根据盖斯定律，将①＋②×2－③×2得目标方程式，其ΔH＝(－802.3－41.0×2＋566.0×2) kJ·mol－1＝＋247.7 kJ·mol－1。

(2)①温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低，导致反应速率降低。②CO2(g)＋CH4(g) CH3COOH(g)是气体物质的量减少的反应，缩小容器体积(增大压强)，平衡正向移动，CH4的转化率增大。增大CO2的浓度也可使平衡正向移动，提高CH4的转化率。

(3)①在铁棒上镀铜时，铜棒是阳极，铁棒是阴极，与铜棒相连的电极是电源的正极，与铁棒相连的电极是电源的负极，故a为负极，通入甲烷，b为正极，通入氧气，氧气在碱性条件下得电子生成OH－。②该甲烷燃料电池的总反应为CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O，故电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH减小；电镀池中，阳极铜溶解，阴极析出铜，溶液中Cu2＋的物质的量浓度不变。③装置Ⅱ中阴极增加的质量是Cu的质量，n(Cu)＝0.2 mol，则反应中转移0.4 mol电子，根据电子得失守恒，可知理论上应消耗0.1 mol O2，在标准状况下的体积为2.24 L。