题目内容
天然气的主要成分是甲烷，它是一种重要的燃料和基础化工原料．
（1）以甲烷和水为原料可制取甲醇．
①CH4（g）+H2O?CO（g）+3H2（g）△H=+206.0kJ?mol-1
②CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-129.0kJ?mol-1
则CH4（g）+H2O?CH3OH（g）+H2（g）△H= kJ?mol-1
（2）用甲烷催化还原NOx为N2可消除氮氧化物的污染，写出反应的化学方程式 ．
（3）一定条件下，反应CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）可以制取合成氨的原料气H2．将1.0mol CH4和2.0mol H2O（g）通入容积为100L的反应室，CH4的平衡转化率与温度的关系如图1．已知100℃时达到平衡所需的时间是5min，则用H2表示的反应速率v（H2）= ；该温度时的平衡常数K= ，该反应的△H 0（填“＜”、“＞”或“=”）．
（4）某化学小组设计如图2装置进行饱和NaCl溶液电解实验．
请回答下列问题：
已知每个甲烷燃料电池中盛有1.0L2.0mol?L-1的KOH溶液．标准状况下，当每个燃料电池的负极通入甲烷的体积均为33.6L，且反应完全，则理论上电池溶液中c（K2CO3） c（KHCO3）（填“＜”、“＞”或“=”）：最多能产生标准状况氯气的体积为 L．
（1）以甲烷和水为原料可制取甲醇．
①CH4（g）+H2O?CO（g）+3H2（g）△H=+206.0kJ?mol-1
②CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-129.0kJ?mol-1
则CH4（g）+H2O?CH3OH（g）+H2（g）△H=
（2）用甲烷催化还原NOx为N2可消除氮氧化物的污染，写出反应的化学方程式
（3）一定条件下，反应CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）可以制取合成氨的原料气H2．将1.0mol CH4和2.0mol H2O（g）通入容积为100L的反应室，CH4的平衡转化率与温度的关系如图1．已知100℃时达到平衡所需的时间是5min，则用H2表示的反应速率v（H2）=
（4）某化学小组设计如图2装置进行饱和NaCl溶液电解实验．
请回答下列问题：
已知每个甲烷燃料电池中盛有1.0L2.0mol?L-1的KOH溶液．标准状况下，当每个燃料电池的负极通入甲烷的体积均为33.6L，且反应完全，则理论上电池溶液中c（K2CO3）
考点：热化学方程式,原电池和电解池的工作原理,化学平衡的计算
专题：
分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算应用；
（2）用甲烷催化还原NOx为N2可消除氮氧化物的污染，产物是氮气水以及二氧化碳，据此书写方程式；
（3）根据c=
计算v（H2）；计算平衡状态时各物质的浓度，代入平衡常数表达式计算；根据温度对平衡移动的影响确定反应的吸放热情况；
（4）根据二氧化碳和氢氧化钾反应的量的关系确定产物，根据电子守恒结合电极反应式进行计算．
（2）用甲烷催化还原NOx为N2可消除氮氧化物的污染，产物是氮气水以及二氧化碳，据此书写方程式；
（3）根据c=
| △c |
| △t |
（4）根据二氧化碳和氢氧化钾反应的量的关系确定产物，根据电子守恒结合电极反应式进行计算．
解答：
解：（1）Ⅰ：CH4 （g）+H2O （g）=CO （g）+3H2 （g）△H=+206.0kJ?mol-1
Ⅱ：CO （g）+2H2 （g）=CH3OH （g）△H=-129.0kJ?mol-1
依据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH4（g）+H2O（g）=CH3OH （g）+H2（g）△H=+77.0 kJ?mol-1
故答案为：CH4（g）+H2O（g）=CH3OH （g）+H2（g）△H=+77.0 kJ?mol-1；
（2）甲烷催化还原NOx为N2可消除氮氧化物的污染，产物是氮气水以及二氧化碳，方程式为：xCH4（g）+4NOx（g）=2N2（g）+xCO2（g）+2xH2O，
故答案为：xCH4（g）+4NOx（g）=2N2（g）+xCO2（g）+2xH2O；
（3）将1.0mol CH4和2.0mol H2O （ g ）通入容积固定为100L的反应室，在一定条件下发生反应I，由图象可知100℃甲烷转化率为50%，故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol，则：
CH4 （g）+H2O （g）=CO （g）+3H2 （g）
起始量（mol）：1.0 2.0 0 0
变化量（mol）：0.5 0.5 0.5 1.5
平衡量（mol）：0.5 1.5 0.5 1.5
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示该反应的平均反应速率=
=0.003 mol?L-1?min-1，
故答案为：0.003 mol?L-1?min-1；
②100℃时反应I的平衡浓度为c（CH4）=0.005mol/L，c（H2O）=0.015mol/L，c（CO）=0.005mol/L，c（H2）=0.015mol/L，
平衡常数K=
=2.25×10-4，根据图示，升高温度，甲烷的转化率升高，所以平衡正向移动，反应是吸热的，故答案为：2.25×10-4；＞；
（4）负极通入甲烷的体积均为33.6L，即1.5mol，会产生二氧化碳是1.5mol，1.0L2.0mol?L-1的KOH溶液氢氧化钾的物质的量是2mol，所以3CO2+4OH-=CO32-+2HCO3-+2H2O，溶液中c（K2CO3）＜c（KHCO3），根据甲烷转移电子的情况CH4～8e-，则1.5mol甲烷转移电子是12mol，根据反应式2Cl--2e-=Cl2↑，转移12mol电子，生成氯气的量是6mol，体积是6mol×22.4L/mol=134.4L，故答案为：＜；134.4．
Ⅱ：CO （g）+2H2 （g）=CH3OH （g）△H=-129.0kJ?mol-1
依据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH4（g）+H2O（g）=CH3OH （g）+H2（g）△H=+77.0 kJ?mol-1
故答案为：CH4（g）+H2O（g）=CH3OH （g）+H2（g）△H=+77.0 kJ?mol-1；
（2）甲烷催化还原NOx为N2可消除氮氧化物的污染，产物是氮气水以及二氧化碳，方程式为：xCH4（g）+4NOx（g）=2N2（g）+xCO2（g）+2xH2O，
故答案为：xCH4（g）+4NOx（g）=2N2（g）+xCO2（g）+2xH2O；
（3）将1.0mol CH4和2.0mol H2O （ g ）通入容积固定为100L的反应室，在一定条件下发生反应I，由图象可知100℃甲烷转化率为50%，故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol，则：
CH4 （g）+H2O （g）=CO （g）+3H2 （g）
起始量（mol）：1.0 2.0 0 0
变化量（mol）：0.5 0.5 0.5 1.5
平衡量（mol）：0.5 1.5 0.5 1.5
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示该反应的平均反应速率=
| ||
| 5min |
故答案为：0.003 mol?L-1?min-1；
②100℃时反应I的平衡浓度为c（CH4）=0.005mol/L，c（H2O）=0.015mol/L，c（CO）=0.005mol/L，c（H2）=0.015mol/L，
平衡常数K=
| 0.005×0.0153 |
| 0.005×0.015 |
（4）负极通入甲烷的体积均为33.6L，即1.5mol，会产生二氧化碳是1.5mol，1.0L2.0mol?L-1的KOH溶液氢氧化钾的物质的量是2mol，所以3CO2+4OH-=CO32-+2HCO3-+2H2O，溶液中c（K2CO3）＜c（KHCO3），根据甲烷转移电子的情况CH4～8e-，则1.5mol甲烷转移电子是12mol，根据反应式2Cl--2e-=Cl2↑，转移12mol电子，生成氯气的量是6mol，体积是6mol×22.4L/mol=134.4L，故答案为：＜；134.4．
点评：本题目综合考查学生有关热化学、电化学以及化学反应速率和平衡的有关计算知识，属于综合知识的考查题，难度较大．
练习册系列答案
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下列依据热化学方程式得出的结论正确的是（ ）
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| ||
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等物质的量的下列物质与足量稀硝酸反应，放出NO气体的物质的量最多的是（ ）
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| ||||
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