Question

【题目】据2017年5月报道，我国第一个掌握可燃冰连续开采技术，可燃冰的主要成分是甲烷，甲烷既是清洁燃料，也是重要的化工原料。

(1)甲烷和二氧化碳重整制合成气对温室气体的治理具有重大意义。

已知：CH4(g)＋CO2(g)= 2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247.3 kJ·mol－1

CH4(g)=C(s)＋2H2(g)　 ΔH＝＋75 kJ·mol－1

①反应2CO(g)===C(s)＋CO2(g) ΔH＝________ kJ·mol－1。

②合成甲醇的主要反应：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)　ΔH＝－90.8 kJ·mol－1，T ℃时此反应的平衡常数为160。此温度下，在密闭容器中开始只充入CO、H2，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	H2	CO	CH3OH
浓度/mol·L－1	0.20	0.10	0.40

比较此时正、逆反应速率的大小：v正________ v逆(填“＞”、“＜”或“＝”)。

③在一固定容积的密闭容器中发生反应2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)，若要提高CO的转化率，则可以采取的措施是________(填字母)。

a．升温 b．加催化剂 c．增加CO的浓度 d．加入H2加压e．加惰性气体f．分离出甲醇

(2)以甲烷为燃料的新型电池的成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，下图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池的工作原理示意图。

①A极为电池的______极，B电极的反应式为___________。

②若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解100 mL 1 mol·L－1的硫酸铜溶液，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗甲烷的体积为______________(标况下)。

Answer 1

【答案】 －172.3 ＞ df 正 CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O 1.12 L

【解析】（1）①已知：ⅰ、CH4(g)＋CO2(g)= 2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247.3 kJ·mol－1

ⅱ、CH4(g)=C(s)＋2H2(g)　 ΔH＝＋75 kJ·mol－1

根据盖斯定律可知ⅱ－ⅰ即得到2CO（g）＝C（s）+CO2（g）ΔH=+75 kJ·mol-1－247.3 kJ·mol-1 =－172.3 kJ·mol-1。

②该时刻下浓度熵=＜K=160，所以平衡正向移动，v（正）＞v（逆）。

③升高温度，平衡向逆反应方向移动，CO的转化率减小；使用催化剂，平衡不移动，CO的转化率不变；增加CO的浓度，CO的转化率减小；加入H2加压，平衡向正反应方向进行，CO的转化率增大；加入惰性气体，平衡不移动，CO的转化率不变；分离出甲醇，平衡向正反应方向进行，CO的转化率增大；答案选df；

（2）①B极通入的气体是甲烷，甲烷发生氧化反应，故B极是电池的负极，A是正极。电池总反应为CH4+2O2＝CO2+2H2O，因为电解质是固体氧化物，所以正极O2发生还原反应生成O2-，电极反应式为O2+4e－＝2O2－，用总方程式减去正极反应式即得负极反应式 CH4＋4O2－－8e－＝CO2＋2H2O。②电解CuSO4溶液时，阴极生成Cu，阳极生成O2。当Cu2+被电解完之后，水电离产生的H+即被还原为H2。0.1 mol Cu2+被还原时，阳极生成0.05 mol O2，此后再电解0.1 mol H2O时，生成0.1 mol H2和0.05 mol O2，两极收集到的气体体积相等。电路中一共转移0.4 mol电子，需要CH4的物质的量为0.4 mol/8 =0.05 mol，标准状况下V（CH4）＝1.12 L。