题目内容
海底蕴藏着大量的“可燃冰”．用甲烷制水煤气（CO、H2），再合成甲醇来代替日益供应紧张的燃油．已知：
①CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H1=+206.2kJ?mol-1
②CH4（g）+
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③CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H3=+165.0kJ?mol-1
（1）CH4（g）与CO2（g）反应生成CO（g）和H2（g）的热化学方程式为
（2）从原料、能源利用的角度，分析反应②作为合成甲醇更适宜方法的原因是
（3）水煤气中的H2可用于生产NH3，在进入合成塔前常用[Cu（NH3）2]Ac溶液来吸收其中的CO，防止合成塔中的催化剂中毒，其反应是：[Cu（NH3）2]Ac+CO+NH3?[Cu（NH3）3]Ac?CO△H＜0，[Cu（NH3）2]Ac溶液吸收CO的适宜生产条件应是
（4）将CH4设计成燃料电池，其利用率更高，装置示意如图（A、B为多孔性石墨棒）．持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL．
①0＜V≤44.8L时，电池总反应方程式为
②44.8L＜V≤89.6L时，负极电极反应为
③V=67.2L时，溶液中离子浓度大小关系为
考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡的调控作用
专题：基本概念与基本理论
分析：（1）根据盖斯定律结合已知热化学方程式分析；
（2）从能量角度和原子利用率角度两个方面分析；
（3）已知正反应是气体物质体积减小的放热反应，据此分析；
（4）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；根据甲烷的量计算生成的二氧化碳的量，结合反应方程式判断反应产物及发生的反应．
（2）从能量角度和原子利用率角度两个方面分析；
（3）已知正反应是气体物质体积减小的放热反应，据此分析；
（4）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；根据甲烷的量计算生成的二氧化碳的量，结合反应方程式判断反应产物及发生的反应．
解答：
解：（1）根据盖斯定律可知，①×2-③可得CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g），所以其△H=[（+206.2）×2-（+165.0）]kJ?mol-1=+247.4 kJ?mol-1，所以CH4（g）与CO2（g）反应生成CO（g）和H2（g）的热化学方程式为CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4 kJ?mol-1，
故答案为：CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4 kJ?mol-1；
（2）从能量角度比较，①是吸热反应，需要消耗更多能量，②是放热反应，不需要太多能量；从原子利用率角度，由于CO+2H2→CH3OH，①的产物中氢原子不可能全部变为CH3OH，而②的产物中所有原子都可能全部变为CH3OH；因此选②，甲烷不完全燃烧制合成气时放出热量，还得到物质的量之比为1：2的CO和H2的混合气体，能恰好完全反应生成甲醇，
故答案为：选择CH4不完全燃烧制合成气时，放出热量，同时得到的CO、H2物质的量之比为1：2，能恰好完全反应合成甲醇，符合绿色化学的“原子经济”原则；
（3）已知正反应是气态物质体积减小的放热反应，因此采用降低温度、增大压强能使平衡右移，提高CO的转化率，故答案为：低温、高压；
（4）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；
①当0＜V≤44.8 L时，0＜n（CH4）≤2mol，则0＜n（CO2）≤2mol，只发生反应①②，且KOH过量，则电池总反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，
故答案为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O；
②当44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH4）≤4mol，则2mol＜n（CO2）≤4mol，发生反应①②③，得到K2CO3和KHCO3溶液，则负极反应式为CH4-8e-+9CO32-+3H2O=10HCO3-，
故答案为：CH4-8e-+9CO32-+3H2O=10HCO3-；
③当V=67.2 L时，n（CH4）=3mol，n（CO2）=3mol，则电池总反应式为3CH4+6O2+4KOH=K2CO3+2KHCO3+7H2O，则得到1molK2CO3和2molKHCO3的溶液，则c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+），
故答案为：c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+）．
故答案为：CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4 kJ?mol-1；
（2）从能量角度比较，①是吸热反应，需要消耗更多能量，②是放热反应，不需要太多能量；从原子利用率角度，由于CO+2H2→CH3OH，①的产物中氢原子不可能全部变为CH3OH，而②的产物中所有原子都可能全部变为CH3OH；因此选②，甲烷不完全燃烧制合成气时放出热量，还得到物质的量之比为1：2的CO和H2的混合气体，能恰好完全反应生成甲醇，
故答案为：选择CH4不完全燃烧制合成气时，放出热量，同时得到的CO、H2物质的量之比为1：2，能恰好完全反应合成甲醇，符合绿色化学的“原子经济”原则；
（3）已知正反应是气态物质体积减小的放热反应，因此采用降低温度、增大压强能使平衡右移，提高CO的转化率，故答案为：低温、高压；
（4）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；
①当0＜V≤44.8 L时，0＜n（CH4）≤2mol，则0＜n（CO2）≤2mol，只发生反应①②，且KOH过量，则电池总反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，
故答案为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O；
②当44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH4）≤4mol，则2mol＜n（CO2）≤4mol，发生反应①②③，得到K2CO3和KHCO3溶液，则负极反应式为CH4-8e-+9CO32-+3H2O=10HCO3-，
故答案为：CH4-8e-+9CO32-+3H2O=10HCO3-；
③当V=67.2 L时，n（CH4）=3mol，n（CO2）=3mol，则电池总反应式为3CH4+6O2+4KOH=K2CO3+2KHCO3+7H2O，则得到1molK2CO3和2molKHCO3的溶液，则c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+），
故答案为：c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+）．
点评：本题考查了运用盖斯定律计算焓变、热化学方程式的书写、评价物质合成方案、影响化学平衡的因素、燃料电池、溶液中离子浓度大小关系等重要考点，涉及的知识点较多，综合性较强，难度较大．
练习册系列答案
ABC考王全优卷系列答案
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| B、Cl2＞HClO＞Fe3+＞Cu2+＞Fe2+ |
| C、Cl2＞Fe3+＞HClO＞Cu2+＞Fe2+ |
| D、HClO＞Cl2＞Cu2+＞Fe3+＞Fe2+ |
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