Question

【題目】據(jù)2017年5月報(bào)道，我國第一個(gè)掌握可燃冰連續(xù)開采技術(shù)，可燃冰的主要成分是甲烷，甲烷既是清潔燃料，也是重要的化工原料。

(1)甲烷和二氧化碳重整制合成氣對溫室氣體的治理具有重大意義。

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反應(yīng)2CO(g)===C(s)＋CO2(g) ΔH＝________ kJ·mol－1。

②合成甲醇的主要反應(yīng)：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)　ΔH＝－90.8 kJ·mol－1，T ℃時(shí)此反應(yīng)的平衡常數(shù)為160。此溫度下，在密閉容器中開始只充入CO、H2，反應(yīng)到某時(shí)刻測得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	H2	CO	CH3OH
濃度/mol·L－1	0.20	0.10	0.40

比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大�。�v正________ v逆(填“＞”、“＜”或“＝”)。

③在一固定容積的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)，若要提高CO的轉(zhuǎn)化率，則可以采取的措施是________(填字母)。

a．升溫 b．加催化劑 c．增加CO的濃度 d．加入H2加壓e．加惰性氣體f．分離出甲醇

(2)以甲烷為燃料的新型電池的成本大大低于以氫為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，下圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池的工作原理示意圖。

①A極為電池的______極，B電極的反應(yīng)式為___________。

②若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解100 mL 1 mol·L－1的硫酸銅溶液，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時(shí)，理論上消耗甲烷的體積為______________(標(biāo)況下)。

Answer 1

【答案】 －172.3 ＞ df 正 CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O 1.12 L

【解析】（1）①已知：ⅰ、CH4(g)＋CO2(g)= 2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247.3 kJ·mol－1

ⅱ、CH4(g)=C(s)＋2H2(g)　 ΔH＝＋75 kJ·mol－1

根據(jù)蓋斯定律可知ⅱ－ⅰ即得到2CO（g）＝C（s）+CO2（g）ΔH=+75 kJ·mol-1－247.3 kJ·mol-1 =－172.3 kJ·mol-1。

②該時(shí)刻下濃度熵=＜K=160，所以平衡正向移動，v（正）＞v（逆）。

③升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率減小；使用催化劑，平衡不移動，CO的轉(zhuǎn)化率不變；增加CO的濃度，CO的轉(zhuǎn)化率減小；加入H2加壓，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，CO的轉(zhuǎn)化率增大；加入惰性氣體，平衡不移動，CO的轉(zhuǎn)化率不變；分離出甲醇，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，CO的轉(zhuǎn)化率增大；答案選df；

（2）①B極通入的氣體是甲烷，甲烷發(fā)生氧化反應(yīng)，故B極是電池的負(fù)極，A是正極。電池總反應(yīng)為CH4+2O2＝CO2+2H2O，因?yàn)殡娊赓|(zhì)是固體氧化物，所以正極O2發(fā)生還原反應(yīng)生成O2-，電極反應(yīng)式為O2+4e－＝2O2－，用總方程式減去正極反應(yīng)式即得負(fù)極反應(yīng)式 CH4＋4O2－－8e－＝CO2＋2H2O。②電解CuSO4溶液時(shí)，陰極生成Cu，陽極生成O2。當(dāng)Cu2+被電解完之后，水電離產(chǎn)生的H+即被還原為H2。0.1 mol Cu2+被還原時(shí)，陽極生成0.05 mol O2，此后再電解0.1 mol H2O時(shí)，生成0.1 mol H2和0.05 mol O2，兩極收集到的氣體體積相等。電路中一共轉(zhuǎn)移0.4 mol電子，需要CH4的物質(zhì)的量為0.4 mol/8 =0.05 mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下V（CH4）＝1.12 L。