Question

【题目】2013年12月17日,中国国土资源部召开新闻发布会,宣布在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度可燃冰。可燃冰的主要成分是甲烷,甲烷既是清洁的燃料,也是重要的化工原料。

（1）甲烷和二氧化碳重整制合成气,对于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）在一定条件下能自发进行的原因是 。

②合成甲醇的主要反应是:2H2（g）+CO（g）CH3OH（g）ΔH=-90.8 kJ·mol-1,T ℃下此反应的平衡常数为160。某时刻测得各组分的浓度如下:

比较此时正、逆反应速率的大小:v（正） v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）。生产过程中,合成气要进行循环,其目的是 。

③在一恒容密闭容器中,要提高反应2H2（g）+CO（g）CH3OH（g）中CO的转化率,可以采取的措施是 。

a.升温

b.加入催化剂

c.增加CO的浓度

d.加入H2

e.加入惰性气体

f.分离出甲醇

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

①B极为电池 极,电极反应式为 。

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】（1）①ΔH＜0

②＞ 提高原料的利用率 ③df

（2）①负 CH4 + 4O2--8e- CO2+ 2H2O

② 1.12 L

【解析】本题主要考查化学反应原理,意在考查考生在理解所学各部分化学知识的本质区别与内在联系的基础上,运用所掌握的知识进行必要的分析、类推或计算,解释、论证一些具体化学问题的能力。（1）①用已知的第二个反应减去第一个反应得:2CO（g）C（s）+CO2（g）ΔH=+75 kJ·mol-1-247.3 kJ·mol-1 =-172.3 kJ·mol-1。该反应的ΔH＜0,是放热反应,而熵ΔS＜0,所以在一定条件下能自发进行。②该时刻下=100＜K=160,所以平衡正向移动,v（正）＞v（逆）。因为反应是可逆反应,为了提高原料的利用率,合成气要进行循环。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;加入惰性气体,平衡不移动,CO的转化率不变。

（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。电池总反应为CH4+2O2CO2+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。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,V（CH4）= 1.12 L。