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解答题-原理综合题 困难0.15 引用1 组卷1438
2017年5月18日，中国国土资源部地质调查局宣布，我国在南海进行的可燃冰试采获得成功，成为全球第一个海域试采可燃冰成功的国家，可燃冰即天然气水合物，甲烷含量占80%至99.9%。化工生产中用甲烷和水蒸气反应得到以CO和H2为主的混合气体，这种混合气体可用于生产甲醇或合成氨，回答下列问题:
(1)对甲烷而言，有如下两个主要反应:
①CH4(g)+1/2O2(g)=CO(g)+2H2(g) △H1=-36kJ·mol-1
②CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H2=+216kJ·mol-1
若不考虑热量耗散，物料转化率均为100%，最终炉中出来的气体只有CO、H2，为维持热平衡，每生产lmolCO，转移电子的数目为__________。
(2)甲醇是一种用途广泛的化工原料，工业上常用下列两种反应制备甲醇:
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-90kJ·mol-1K1
CO2(g)+3H2(g)= CH3OH(g)+H2O(l) △H2K2
已知: CO(g)+H2O(g)= CO2(g)+H2(g) △H3=-41.1kJ·mol-1K3
H2O(l)=H2O(g) △H4=+44.0kJ·mol-1K4
则△H2=______K2=_______(用含K1、K3、K 4的代数式表示)
(3)在一恒温恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2模拟工业合成甲醇的反应:CO2(g)十3H2(g)CH3OH(g)十H2O(g)
①下列能说明该反应已达到平衡状态的是______________________。
A.混合气体平均相对分子质量不变 B.混合气体密度不变
C.容器内压强恒定不变 D.反应速率满足以下关系:V正(CO2)=3V逆(H2)
E.CO2、H2、CH3OH、H2O物质的量浓度之比为1:3:1:1
F.单位时间内断裂3NAH-H键的同时形成2molH-O键
②模拟过程中测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图所示，若此时容器内压强为P，则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数KP为_____________(用含P的代数式表示，数值保留两位小数)，若此时再向容器内充入0.25molCO2和0.25molCH3OH的混合气体，则平衡______(填“正向“逆向“不”)移动。(已知:气体分压=气体总压×体积分数)

(4)甲醇可在电解银催化作用下制甲醛，从贵金属阳极泥中可提取“粗银”“粗银”(含Ag、Cu、Au)可用电解槽电解精炼，纯银作阴极，采用AgNO3和稀HNO3的混合液作电解液，阴极的主要电极反应式为_____。阴极还有少量副反应发生，产生的气体遇空气迅速变为红棕色，该副反应的电极反应式为_______。硝酸浓度不能过大，其原因是___________________________________________。
18-19高三上·湖北·阶段练习
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知识点：盖斯定律与热化学方程式化学平衡状态的判断方法化学平衡题中基于图表数据的相关计算电解原理的应用实验 答案解析 【答案】很抱歉，登录后才可免费查看答案和解析！
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2017年5月18日国土资源部中国地质调查局宣布，我国正在南海北部神孤海域进行的可燃冰试采获得成功，这也标志着我国成为全球第一个实现了在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。可燃冰中甲烷含虽为80％～99.9%，甲烷的用途很广，可用来作为燃料及制造氢气、一氧化碳、甲醇等物质的原料。
回答下列问题：
（l）甲烷可用作燃料。右图是lmolCH4在O2充分燃烧生成CO2气体与水蒸气过程中能量变化示意图，已知H2O(l)=H2O(g) △H＝+44.0kJ/mol，则1molCH4在O2充分燃烧生成CO2气体与液态水的热化学方程式为_________。

（2）甲烷可以合成甲醇来代替日益供应紧张的燃油。工业上用甲烷为原料制备甲醇分为两个阶段：
① 制备合成气：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。在恒温恒容的密闭容器中，下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态依据的是______（填标号）。
a.v(CH4)正=3v(H2)逆
b．混合气体的密度不发生变化
c．容器内混合气体的总压强不发生变化
d．混合气体的平均摩尔质且不发生变化
② 合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。实验室在恒温（500℃）、恒容（1L）密闭容器中进行模拟合成实验。将lmolCO和2molH2通入容器中，l0min、40min、50min时分别测得容器中甲醇的浓度为0.60mol/L、0.80mol/L、0.80mol/L。则此条件下该反应开始10min内，H2的平均反应速率为_______；平衡常数K的数值为________。
（3）甲烷可以用作如图燃料电池的燃料。

① 负极的电极反应式为_______。
② 常温下,用此电池电解0.5L饱和食盐水（足量），若两极（均为惰性电极）共生成气体l.12L （已折算为标准状况下的体积），则电解后溶液的pH为_______（忽略溶液的体积变化）。
由H、C、N、O、S等元素形成的多种化合物在生产生活中有着重要应用。
Ⅰ.化工生产中用甲烷和水蒸气反应得到以CO和H2为主的混合气体，这种混合气体可用于生产甲醇，回答下列问题：
(1)对甲烷而言，有如下两个主要反应：
①CH4(g)+O2(g)===CO(g)+2H2(g) ΔH1＝-36 kJ·mol-1
②CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g) ΔH2＝+216 kJ·mol-1
若不考虑热量耗散，物料转化率均为100%，最终炉中出来的气体只有CO、H2，为维持热平衡，产生1 mol CO，转移电子的数目为__________。
(2)甲醇催化脱氢可制得重要的化工产品——甲醛，制备过程中能量的转化关系如图所示。

①写出上述反应的热化学方程式_______。
②反应热大小比较：过程Ⅰ______(填“大于”“小于”或“等于”)过程Ⅱ。
Ⅱ.(3)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，这使得NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究性小组在实验室以Ag­ZSM­5为催化剂，则得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。若不使用CO，温度超过775 K，发现NO的分解率降低。其可能的原因为_______，在n(NO)/n(CO)＝1的条件下，为更好地除去NOx物质，应控制的最佳温度在_______K左右。

Ⅲ．研究表明，在催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO，反应的热化学方程式如下：
反应Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1＝-49.0 kJ·mol-1；
反应Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2＝+41.2 kJ·mol-1，
(4)T1时，将1.00 mol CO2和3.00 mol H2充入体积为1.00 L的恒容密闭容器中发生反应Ⅰ，容器起始压强为p0。
①充分反应达到平衡后，若CO2的转化率为a，则容器的压强与起始压强之比为_______(用含a的代数式表示)。
②若经过3h反应达到平衡，平衡后，混合气体的物质的量为3.00 mol，则该过程中H2的平均反应速率为___________；平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示，即用平衡分压代替平衡浓度，分压＝总压×物质的量分数。则上述反应的平衡常数Kp＝______(用含p0的代数式表示)。
乙酸是最重要的有机酸之一，主要用于生产乙酐、乙酸酯及乙酸纤维素等。
Ⅰ.乙酸的制备可通过人工合成和细菌发酵两种方法。
(1)目前世界上一半以上的乙酸都采用甲醇与CO反应来制备。反应如下：CH3OH(g)+CO(g)CH3COOH(l)        △H＜0。在恒压密闭容器中通入0.20mol的CH3OH和0.20mol的CO气体、测得甲醇的转化率随温度变化如图所示。

①恒温恒压下，不能说明上述反应达到平衡状态的是_______。
A.容器内混合气体的密度保持不变
B.CH3OH的体积分数保持不变
C.CH3COOH的物质的量保持不变
D.v(CO)正=v(CH3OH)逆
②在T2温度时、从反应开始至5min时，用单位时间内物质的量变化表示乙酸的化学反应速率为______mol•min-1。
③温度为T1时，上述反应已达到平衡，若此时保持容器体积不变，再通入0.10molCH3OH和0.10molCO的混合气体，再次达到平衡，CO的转化率______80%(填“＞”，“=”或“＜”)。
④温度由T1到T2，经历5min时，CH3OH的转化率增大的原因是______。
Ⅱ.乙酸制氢具有重要意义，制氢过程发生如下反应：
热裂解反应Ⅰ：CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g)
脱羧基反应Ⅱ：CH3COOH(g)CH4(g)+CO2(g)
(2)已知反应：CH4(g)+CO2(g)CO(g)+H2(g)       △H，由图所示，△H=________kJ•mol-1(用图1中有关E的代数式表示)。

(3)在容积相同的密闭容器中，加入等量乙酸蒸气制氢，在相同时间测得温度与气体产率的关系如图2所示。
①约650℃之前，氢气产率低于甲烷的原因是_______。

②分析图像，该容器还发生了其他的副反应，理由是_______。
③若保持其他条件不变，在乙酸蒸气中掺杂一定量水，氢气的产率显著提高而CO的产率下降，请用化学方程式表示可能发生的反应：_______。
(4)在一定温度下，利用合适的催化剂制氢，发生热裂解反应Ⅰ和脱羧基反应Ⅱ，达到平衡时，总压强为pkPa，乙酸体积分数为20%；若热裂解反应消耗的乙酸占总的乙酸的20%，则脱羧基反应Ⅱ的平衡常数Kp为_______kPa(Kp为以分压表示的平衡常数)。

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