题目内容
氢气是一种清洁能源，氢气的制取与利用是氢能源领域的研究热点已知：CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ?mol-1
CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4kJ?mol-1
（1）以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法．CH4（g）与H2O（g）反应生成CO2（g）和H2（g）的热化学方程式为
（2）上述方法值得的H2可以和CO在一定条件下合成多种有机物，当两者一物质的量1：1催化反应，其原子利用率达100%，合成的物质可能是
a．汽油 b．乙醇 c．甲醛（HCHO） d．乙酸
（3）在一定温度和压强下，CO和H2催化合成二甲醛的反应为：
3H2（g）+3CO（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）
若一体积可变的密闭容器中充入3mol H2，3mol CO．1mol CH3，1mol CO2，经一定时间达到平衡，并测得平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍．则：反应开始时正，逆反应速率的大小：v（正）
（4）电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液制氢的装置示意图如图（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳极均为惰性电极），电解时，阳极的电极反应式为
考点：热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素
专题：基本概念与基本理论
分析：（1）根据已知的反应和目标反应，利用盖斯定律来计算反应热，并书写热化学反应方程式；
（2）根据质量守恒定律和化合反应的定义和特点判断，主要是利用反应前后原子的种类不变，其数目必保持不变分析判断；
（3）反应前后气体总质量不变；用差量法解题，方程式中3H2（g）+3CO（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）减少了4mol；
（4）由阳极排出液中含有大量的碳酸盐成份，则尿素在阳极参与反应，N元素的化合价升高，以此来书写电极反应；利用总反应计算出生成1mol氮气转移的电子的物质的量，再根据电子守恒计算出需要铅的质量．
（2）根据质量守恒定律和化合反应的定义和特点判断，主要是利用反应前后原子的种类不变，其数目必保持不变分析判断；
（3）反应前后气体总质量不变；用差量法解题，方程式中3H2（g）+3CO（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）减少了4mol；
（4）由阳极排出液中含有大量的碳酸盐成份，则尿素在阳极参与反应，N元素的化合价升高，以此来书写电极反应；利用总反应计算出生成1mol氮气转移的电子的物质的量，再根据电子守恒计算出需要铅的质量．
解答：
解：（1）①CH4（g）+H2O（g）═CO （g）+3H2（g）△H=+206.2kJ?mol-1，
②CH4（g）+CO2（g）═2CO （g）+2H2（g）△H=+247.4kJ?mol-1，
由盖斯定律可知，①×2-②可得CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g），
其反应热△H=（+206.2kJ?mol-1）×2-（+247.4kJ?mol-1）=+165.0 kJ?mol-1，
即热化学方程式为CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0 kJ?mol-1，
故答案为：CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0 kJ?mol-1；
（2）“绿色化学”能实现零排放，即反应物中的原子利用率达到100%，也就是说反应类型一般是化合反应，且反应后产物中的各原子数目比不变，CO和H2在一定条件下按照不同的比例反应，可假定反应时的化学计量数之比为1：1，则只要各选项中的化学式能化为形式（CO）n（H2）n，都是正确的，汽油是烃类的混合物，乙醇（C2H6O）可变为（C2O）1（H2）3，甲醛（CH2O）可变为（CO）1（H2）1，乙酸（C2H4O2）可变为（CO）2（H2）2，
故答案为：cd；
（3）反应前后气体总质量不变，同温、同压下，达到平衡时，气体密度增大，即气体体积缩小，说明平衡向着正向移动，即：v（正）＞v（逆）；平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，则总物质的量变为原先的
=0.625倍，总物质的量=8×0.625=5mol，反应前后减少了3mol，设反应生成甲醚xmol，
3H2（g）+3CO（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）△n，
1 6-2=4
x 3mol
4x=1×3mol，
解得：x=0.75mol
所以平衡时，n（CH3OCH3）=1+0.75=1.75mol，
故答案为：＞； 1.75；
（4）由阳极排出液中含有大量的碳酸盐成份，尿素在阳极参与反应，则阳极反应式为CO（NH2）2+8OH--6e-═CO32-+N2↑+6H2O，
由图可知，阴极生成氢气，则阴极反应为6H2O+6e-═3H2↑+6OH-，总反应为CO（NH2）2+2KOH═K2CO3+N2↑+3H2↑，生成1mol氮气转移了6mol电子，铅蓄电池负极材料为Pb，1mol铅完全反应失去2mol电子，所以转移6mol电子需要3molPb，需要Pb的质量为：207g/mol×3mol=621g，
故答案为：CO（NH2）2+8OH--6e-═CO32-+N2↑+6H2O；621．
②CH4（g）+CO2（g）═2CO （g）+2H2（g）△H=+247.4kJ?mol-1，
由盖斯定律可知，①×2-②可得CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g），
其反应热△H=（+206.2kJ?mol-1）×2-（+247.4kJ?mol-1）=+165.0 kJ?mol-1，
即热化学方程式为CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0 kJ?mol-1，
故答案为：CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0 kJ?mol-1；
（2）“绿色化学”能实现零排放，即反应物中的原子利用率达到100%，也就是说反应类型一般是化合反应，且反应后产物中的各原子数目比不变，CO和H2在一定条件下按照不同的比例反应，可假定反应时的化学计量数之比为1：1，则只要各选项中的化学式能化为形式（CO）n（H2）n，都是正确的，汽油是烃类的混合物，乙醇（C2H6O）可变为（C2O）1（H2）3，甲醛（CH2O）可变为（CO）1（H2）1，乙酸（C2H4O2）可变为（CO）2（H2）2，
故答案为：cd；
（3）反应前后气体总质量不变，同温、同压下，达到平衡时，气体密度增大，即气体体积缩小，说明平衡向着正向移动，即：v（正）＞v（逆）；平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，则总物质的量变为原先的
| 1 |
| 1.6 |
3H2（g）+3CO（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）△n，
1 6-2=4
x 3mol
4x=1×3mol，
解得：x=0.75mol
所以平衡时，n（CH3OCH3）=1+0.75=1.75mol，
故答案为：＞； 1.75；
（4）由阳极排出液中含有大量的碳酸盐成份，尿素在阳极参与反应，则阳极反应式为CO（NH2）2+8OH--6e-═CO32-+N2↑+6H2O，
由图可知，阴极生成氢气，则阴极反应为6H2O+6e-═3H2↑+6OH-，总反应为CO（NH2）2+2KOH═K2CO3+N2↑+3H2↑，生成1mol氮气转移了6mol电子，铅蓄电池负极材料为Pb，1mol铅完全反应失去2mol电子，所以转移6mol电子需要3molPb，需要Pb的质量为：207g/mol×3mol=621g，
故答案为：CO（NH2）2+8OH--6e-═CO32-+N2↑+6H2O；621．
点评：本题考查了热化学方程式的书写、原电池工作原理、化学平衡的影响因素及计算，题目难度较大，试题题量较大，知识点较多，充分考查了学生对所学知识的掌握情况，试题有利于培养学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．
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