题目内容
煤制备CH4是一种有发展前景的新技术。
I. 煤炭气化并制备CH4包括以下反应:
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2 (g) ΔH 1 = +131 kJ/mol
CO(g) + H2O(g)=CO2 (g)+ H2(g) ΔH 2 = ?41 kJ/mol
CO(g) + 3H2 (g)=CH4 (g)+ H2O(g) ΔH 3 = ?206 kJ/mol
(1)写出煤和气态水制备CH4(产物还有CO2)的热化学方程式 。
(2)煤转化为水煤气(CO和H2)作为燃料和煤直接作为燃料相比，主要的优点有 。
(3)写出甲烷—空气燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)中负极的电极反应式 。
II. 对以上反应CO(g) + H2O(g) 
CO2 (g)+ H2(g) ΔH 2 = ?41 kJ/mol，起始时在密闭容器中充入1.00 molCO和1.00 molH2O，分别进行以下实验，探究影响平衡的因素（其它条件相同且不考虑任何副反应的影响）。实验条件如下表：
| 实验编号 | 容器体积/L | 温度/°C |
| ① | 2.0 | 1200 |
| ② | 2.0 | 1300 |
| ③ | 1.0 | 1200 |
(1)实验①中c(CO2)随时间变化的关系见下图，请在答题卡的框图中，画出实验②和③中c(CO2)随时间变化关系的预期结果示意图。
(2)在与实验①相同的条件下，起始时充入容器的物质的量：n(CO)=n(H2O)=n(CO2) =n( H2)=1.00mol。通过计算，判断出反应进行的方向。（写出计算过程。）
I.（1）2C(s)+ 2H2O(g)= CH4 (g)+ CO2 (g) ΔH = +15 kJ/mol （3分 ）
(2)提高煤的利用率（节约能源或节约资源）（1分）、减少污染。（1分）
(3)CH4—8e-+10OH-=CO32-+7H2O（2分）
II. (1) 如图所示
(2)Q＞ K 反应向逆反应方向（生成CO和H2O的方向）进行 （1分）
解析试题分析： I. (1) 根据盖斯定律和已知方程式，煤和气态水制备甲烷的热化学方程式可由方程式①×2+②+③而得，所以ΔH=2ΔH 1+ ΔH 2+ΔH 3 = +15 kJ/mol ，所以热化学方程式为：2C(s)+ 2H2O(g)= CH4 (g)+ CO2 (g) ΔH = +15 kJ/mol 。
(2) 煤气化后生成水煤气再燃烧比直接燃烧煤更加充分，提高能源利用率，同时燃煤容易产生酸雨，所以燃烧水煤气还可以减少污染。
(3)用甲烷作燃料制成的碱性燃料电池中，甲烷失电子生成的CO2气体会与溶液中的碱性介质进一步反应生成CO32-，所以其负极的反应式为：CH4—8e-+10OH-=CO32-+7H2O。
II. (1) CO(g) + H2O(g) CO2 (g)+ H2(g) 的反应是一个放热反应，所以温度升高，反应的反应速率加快，但使平衡逆向移动，实验②曲线比实验①曲线更快达到平衡，但是平衡时CO2的浓度要低一些；相比之下，实验③比试验①缩小了体积，即增大了压强，由于反应前后气体系数不变，所以增大压强只能增大化学反应速率，但是不能改变平衡，因此实验③的曲线比实验①更快达到平衡，且平衡时CO2的浓度是实验①的2倍。如图
(2)整体思路：先根据实验①充入的物质的物质的量和平衡时候CO2的浓度计算出在相同温度下的平衡常数K，然后比较此时的浓度商Q与实验①的K值的大小，从而得出反应进行的方向。
计算过程为：
(2) 平衡时n(CO2)=0.20mol/Lx2.0L=0.40mol
CO(g) + H2O(g) 
CO2 (g)+ H2(g)
起始物质的量/mol 1.00 1.00 1.00 1.00
变化物质的量/mol 0.40 0.40 0.40 0.40
平衡物质的量/mol 0.60 0.60 0.40 0.40 （1分）
K=
="0.44" （2分）
Q=
=
=" 1.0" （1分）
Q＞ K 反应向逆反应方向（生成CO和H2O的方向）进行 （1分）
考点：本题考查的是化学反应原理知识，主要包括盖斯定律应用、热化学方程式的书写、影响化学平衡的因素、图像问题、反应方向的判断计算。
目标测试系列答案
2CO2(g)+N2(g)
CH3OH(g)到达平衡时，测得CO、H2、CH3OH分别为1 mol、1 mol、1 mol，容器的体积为3L，现往容器中继续通人3 mol CO，此时v（正） v（逆）（选填‘‘>”、“<’’或“=”），判断的理由 。
NH2CO2NH4(s) △H1="a" kJ·mol－1
CH3OH ( g ) △H＝-90.8 kJ·mol－1 在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO 和20 molH2，CO 的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如图所示，当达到平衡状态A 时，容器的体积为20 L。
氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。
（1）在固定容积的密闭容器中，进行如下化学反应：N2（g）+3H2（g）
2NH3（g） △H=—92．4kJ/mol，
其平衡常数K与温度T的关系如下表：
| T/K | 298 | 398 | 498 |
| 平衡常数K | 4.1×106 | K1 | K2 |
试判断K1 K2（填写“>” “ =”或“<”）。
（2）用2mol N2和3mol H2合成氨，三容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变，在其它条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时N2的质量分数如图所示，此时甲、乙、丙三个容器中一定达到化学平衡状态的是 ，都达到平衡状态时，N2转化率最低的是 。
（3）NH3与CO2在120oC，催化剂作用下可以合成反应生成尿素：CO2 +2NH3
（NH2）2CO +H2O在密闭反应容器中，混合气体中NH3的含量变化关系如图所示
（该条件下尿素为固体）。则A点的正反应/速率
（CO2） B点的逆反应速率
（CO2）（填写“>”“=”或“<”），NH3的平衡转化率为____ ；（4）已知下列热化学方程式：
2H2（g）+O2（g）=2H2O（1） △H = -571．6kJ/mol
N2（g）+O2（g）
2NO（g） △H =+180kJ/mol请写出用NH3还原NO的热化学方程式_ ；
（5）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，试写出该反应的化学方程式____ 。科学家利用此原理，设计成氨气－氧气燃料电池，则通人氨气的电极是 （填“正极”或“负极”），在碱性条件下，通人氨气的电极发生的电极反应式为 。
2NO(g) ΔH="+179.5" kJ/mol
