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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:① CH4(g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)     △H1=+206.2kJ·mol-1

② CH4(g)+满分5 manfen5.comO2(g)=CO(g)+2H2(g)     △H2=-35.4 kJ·mol-1

③ CH­­4 (g)+2H2O (g)=CO­2 (g)+4H2 (g)   △H3=+165.0 kJ·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 满分5 manfen5.com [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,装置示意如下图(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。0<V≤44.8 L时,电池总反应方程式为    

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② 44.8 L<V≤89.6 L时,负极电极反应为    

③ V=67.2 L时,溶液中离子浓度大小关系为    

 

答案:
 (1)CH4 (g)+CO2 (g) =2CO (g)+2H2 (g)   △H=+247.4 kJ·mol-1(2)反应②是放热反应,可节省能源;同时制得的CO与H2物质的量之比为1:2,能恰好反应合成甲醇,符合绿色化学的“原子经济”原则。(3)低温、高压(4) ①CH4 + 2O2 + 2KOH =K2CO3 + 3H2O  ②CH4—8e-+ 9CO32-+3H2O =10HCO3-③c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+) 【解析】 试题分析:(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 (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(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)(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=10 HCO3-;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+) 考点:用盖斯定律进行有关反应热的计算;化学电源新型电池
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