海底蘊(yùn)藏著大量的“可燃冰”。用甲烷制水煤氣（CO、H2），再合成甲醇來代替日益供應(yīng)緊張的燃油。
已知：① CH4(g)＋H2O (g)＝CO (g)＋3H2 (g)    △H1＝+206.2kJ·mol-1
② CH4(g)＋O2(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)與CO2 (g)反應(yīng)生成CO(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式為    。
（2）從原料、能源利用的角度，分析反應(yīng)②作為合成甲醇更適宜方法的原因是    。
（3）水煤氣中的H2可用于生產(chǎn)NH3，在進(jìn)入合成塔前常用[Cu(NH3)2]Ac溶液來吸收其中的CO，防止合成塔中的催化劑中毒，其反應(yīng)是： [Cu(NH3)2]Ac + CO + NH3  [Cu(NH3)3]Ac·CO   △H＜0
[Cu(NH3)2]Ac溶液吸收CO的適宜生產(chǎn)條件應(yīng)是    。
（4）將CH4設(shè)計(jì)成燃料電池，其利用率更高，裝置示意如下圖（A、B為多孔性石墨棒）。持續(xù)通入甲烷，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，消耗甲烷體積VL。0＜V≤44.8 L時，電池總反應(yīng)方程式為    。

② 44.8 L＜V≤89.6 L時，負(fù)極電極反應(yīng)為    。
③ V="67.2" L時，溶液中離子濃度大小關(guān)系為    。

（1）CH4 (g)＋CO2 (g) ＝2CO (g)＋2H2 (g)  △H＝+247.4 kJ·mol－1（2）反應(yīng)②是放熱反應(yīng)，可節(jié)省能源；同時制得的CO與H2物質(zhì)的量之比為1:2，能恰好反應(yīng)合成甲醇，符合綠色化學(xué)的“原子經(jīng)濟(jì)”原則。（3）低溫、高壓（4） ①CH4 + 2O2 + 2KOH ＝K2CO3 + 3H2O ②CH4—8e－+ 9CO32-+3H2O ＝10HCO3-③c(K＋)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH－)＞c(H+)

解析試題分析：（1）根據(jù)蓋斯定律可知，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）與CO2（g）反應(yīng)生成CO（g）和H2（g）的熱化學(xué)方程式為CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H="+247.4" kJ?mol-1（2）從能量角度比較，①是吸熱反應(yīng)，需要消耗更多能量，②是放熱反應(yīng)，不需要太多能量；從原子利用率角度，由于CO+2H2→CH3OH，①的產(chǎn)物中氫原子不可能全部變?yōu)镃H3OH，而②的產(chǎn)物中所有原子都可能全部變?yōu)镃H3OH；因此選②，甲烷不完全燃燒制合成氣時放出熱量，還得到物質(zhì)的量之比為1：2的CO和H2的混合氣體，能恰好完全反應(yīng)生成甲醇（3）已知正反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)體積減小的放熱反應(yīng)，因此采用降低溫度、增大壓強(qiáng)能使平衡右移，提高CO的轉(zhuǎn)化率，故答案為：低溫、高壓（4）（4）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；①當(dāng)0＜V≤44.8 L時，0＜n（CH4）≤2mol，則0＜n（CO2）≤2mol，只發(fā)生反應(yīng)①②，且KOH過量，則電池總反應(yīng)式為CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，故答案為：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O；②當(dāng)44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH4）≤4mol，則2mol＜n（CO2）≤4mol，發(fā)生反應(yīng)①②③，得到K2CO3和KHCO3溶液，則負(fù)極反應(yīng)式為CH4-8e-+9CO32-+3H2O=10HCO3-，故答案為：CH4-8e-+9CO32-+3H2O="10" HCO3-；③當(dāng)V="67.2" L時，n（CH4）=3mol，n（CO2）=3mol，則電池總反應(yīng)式為3CH4+6O2+4KOH=K2CO3+2KHCO3+7H2O，則得到1molK2CO3和2molKHCO3的溶液，則c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+），故答案為：c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+）
考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算；化學(xué)電源新型電池

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

2013年初，霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)。其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一。
（1）汽車尾氣凈化的主要原理為2NO（g）＋2CO（g）2CO2（g）＋N2（g）。在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時，c（CO2）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線如圖所示。

據(jù)此判斷：
①該反應(yīng)的ΔH________0（填“>”或“<”）。
②在T2溫度下，0～2 s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N2）＝________。
③當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。若催化劑的表面積S1>S2，在上圖中畫出c（CO2）在T1、S2條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線。
④若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是________（填代號）。


（2）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴(yán)重的環(huán)境問題。
①煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。
例如：CH4（g）＋2NO2（g）=N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH1＝－867 kJ·mol－1
2NO2（g）N2O4（g）　ΔH2＝－56.9 kJ·mol－1
寫出CH4（g）催化還原N2O4（g）生成N2（g）、CO2（g）和H2O（g）的熱化學(xué)方程式：__________________________________________________________________
②將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達(dá)到低碳排放的目的。如圖是通過人工光合作用，以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理示意圖。催化劑b表面發(fā)生的電極反應(yīng)式為_______________________________________。

③常溫下，0.1 mol·L－1的HCOONa溶液pH為10，則HCOOH的電離常數(shù)Ka＝________。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

（15分）資源化利用二氧化碳不僅可減少溫室氣體的排放，還可重新獲得燃料或重要工業(yè)產(chǎn)品。
（1）以CO2與NH3為原料可合成化肥尿素[CO(NH2)2]。已知：
①2NH3（g）＋ CO2（g）＝ NH2CO2NH4（s）    △H ＝ -159.47 kJ·mol-1
②NH2CO2NH4（s）＝ CO(NH2)2（s）＋ H2O（g） △H ＝ +116.49 kJ·mol-1
③H2O（l）＝ H2O（g） △H ＝+88.0 kJ·mol-1
試寫出NH3和CO2合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式                           。
（2）在一定條件下，二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)如下：
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)  ΔH＜0
①向一容積為2L的恒容密閉容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃時發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時各物質(zhì)的濃度分別為CO2：0.2mol·L—1，H2：0.8mol·L—1，CH4：0.8mol·L—1，H2O：1.6mol·L—1，起始充入CO2和H2的物質(zhì)的量分別為         、          。CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為              。
②現(xiàn)有兩個相同的恒容絕熱（與外界沒有熱量交換）密閉容器I、II，在I中充入1 molCO2,和4 molH2，在II中充入1 mol CH4和2 mol H2 O(g) ，300℃下開始反應(yīng)。達(dá)到平衡時，下列說法正確的是                （填字母）。

A．容器I、II中正反應(yīng)速率相同
B．容器I、II中CH4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同
C．容器I中CO2的物質(zhì)的量比容器II中的多
D．容器I中CO2的轉(zhuǎn)化率與容器II中CH4的轉(zhuǎn)化率之和小于1
（3）華盛頓大學(xué)的研究人員研究出一種方法，可實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)時CO2零排放，其基本原理如圖所示：

①上述生產(chǎn)過程的能量轉(zhuǎn)化方式是       。
②上述電解反應(yīng)在溫度小于900℃時進(jìn)行碳酸鈣先分解為CaO和CO2，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應(yīng)式為               ，陰極的電極反應(yīng)式為                          。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

能源是制約國家發(fā)展進(jìn)程的因素之一。甲醇、二甲醚等被稱為2 1世紀(jì)的綠色能源，工業(yè)上利用天然氣為主要原料與二氧化碳、水蒸氣在一定條件下制備合成氣（CO、H2），再制成甲醇、二甲醚。
（1）工業(yè)上，可以分離合成氣中的氫氣，用于合成氨，常用醋酸二氨合亞銅
[Cu（NH3）2Ac]溶液（Ac=CH3COO－）（來吸收合成氣中的一氧化碳，其反虛原理為：
[Cu（NH3）2Ac]（aq）+CO+NH3[Cu（NH3）3]Ac?CO（aq）（△H＜0）
常壓下，將吸收一氧化碳的溶液處理重新獲得[Cu（NH3）2]AC溶液的措施是         ；
（2）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)a：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H＝－49.0kJ/mol
反應(yīng)b：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） △H<0
①對于反應(yīng)a，某溫度下，將4.0 mol CO2（g）和12.0 mol H2（g）充入容積為2L的密閉容器中，反應(yīng)到達(dá)平衡時，測得甲醇蒸氣的體積分?jǐn)?shù)為30%，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為    ；
②對于反應(yīng)b，某溫度下，將1.0mol CO（g）和2．0 mol H2（曲充入固定容積的密閉容器中，反應(yīng)到達(dá)平衡時，改變溫度和壓強(qiáng)，平衡體系中CH3OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變化情況如圖所示，溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系判斷正確的是         ；（填字母代號）

A．p3>p2，T3>T2
B．p2>p4，T4>T2
C．p1>p3，T1>T3
D．p1>p4，T2>T3
（3）CO可以合成二甲醚，二甲醚可以作為燃料電池的原料，化學(xué)反應(yīng)原理為：
CO（g）+4H2（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）  △H<0
①在恒容密閉容器里按體積比為1:4充入一氧化碳和氫氣，一定條件下反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。當(dāng)改變反應(yīng)的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向正反應(yīng)方向移動的是       ；
A．逆反應(yīng)速率先增大后減小
B．正反應(yīng)速率先增大后減小
C．反應(yīng)物的體積百分含量減小
D．化學(xué)平衡常數(shù)K值增大
②寫出二甲醚堿性燃料電池的負(fù)極電極反應(yīng)式         ；
③己知參與電極反應(yīng)的電極材料單位質(zhì)量放出電能的大小稱為該電池的比能量。關(guān)于二甲醚堿性燃料電池與乙醇堿性燃料電池，下列說法正確的是         （填字母）
A．兩種燃料互為同分異構(gòu)體，分子式和摩爾質(zhì)量相同，比能量相同
B．兩種燃料所含共價鍵數(shù)目相同，斷鍵時所需能量相同，比能量相同
C．兩種燃料所含共價鍵類型不同，斷鍵時所需能量不同，比能量不同
（4）已知l g二甲醚氣體完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為31.63 kJ，請寫出表示二甲醚燃燒熱的熱化學(xué)方程式                    。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

汽車尾氣中NOx的消除及無害化處理引起社會廣泛關(guān)注。
（1）某興趣小組查閱文獻(xiàn)獲得如下信息：
N2(g)+O2(g)=2NO(g)  △H=+180.5kJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)) △H=―483.6kJ/mol
則反應(yīng)2H2(g)+2NO(g)=2H2O(g)+N2(g) △H=          。
（2）該小組利用電解原理設(shè)計(jì)了如圖1裝置進(jìn)行H2還原NO的實(shí)驗(yàn)[高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷(能傳遞H+)為介質(zhì)，金屬鈀薄膜做電極]。

鈀電極A為  極，電極反應(yīng)式為              。
（3）氨法催化還原NO原理如下：
主反應(yīng)：4NO(g)+4NH3(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g)   (△H <0)
副反應(yīng)：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)
4NH3(g)+ 4O2(g)2N2O(g)+6H2O(g)
4NO(g)+4NH3(g)+3O2(g)4N2O(g)+6H2O(g)
有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)論如圖2、圖3所示，據(jù)此回答以下問題：

①催化還原NO應(yīng)控制n(NH3)/n(NO)的最佳值為            ，理由是           。
②主反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式：K=                       ，隨著溫度的增加，K將  (選填“增加”、 “減小”或“不變”。
③影響N2O生成率的因素有          、氧氣濃度和           。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

氮是地球上含量最豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用。請回答下列問題：
（1）右圖是1 mol NO2和1mol CO反應(yīng)生成CO2和NO過程中能量變化示意圖，請寫出NO2和CO反應(yīng)的熱化學(xué)方程式                     。
（2）在0.5L的密閉容器中，一定量的氮?dú)夂蜌錃膺M(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H<0其化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度t的關(guān)系如右表：請完成下列問題；

t/℃
200
300
400
K
K1
K2
0.5
 
①試比較K1、K2的大小，K1____K2（填寫“>”、“=”或“<”）
②下列各項(xiàng)能作為判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是____一（填序號字母）
a．容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2
b．v（N2）正=3v（H2）逆
c．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
d．混合氣體的密度保持不變
③400℃時，反應(yīng)2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的化學(xué)平衡常數(shù)的值為       。當(dāng)測得NH3和N2、H2的物質(zhì)的量分別為3mol和2mol、1mol時，則該反應(yīng)的v（N2）正 __          v（N2）逆（填寫“>”、“=”或“<”=）

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

氮是一種地球上含量豐富的元素，氮及其化合物的研究在生產(chǎn)、生活中有著重要意義。
（1）下圖是1 mol NO2和1 mol CO反應(yīng)生成CO2和NO過程中能量變化示意圖，寫出NO2和CO反應(yīng)的熱化學(xué)方程式                                 。

（2）已知：N2(g)+ O2(g)＝2 NO(g) △H＝＋180 kJ ? mol-1
2NO(g)+2 CO(g)＝N2(g) + 2 CO2(g) △H＝－746 kJ ? mol-1
則反應(yīng)CO(g) +O2(g)＝CO2(g)的 △H＝         kJ ? mol-1。
（3）在一固定容積為2L的密閉容器內(nèi)加入0.2 mol的N2和0.6 mol的H2，在一定條件下發(fā)生如下反應(yīng)： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) △H ＜0， 若第5分鐘時達(dá)到平衡，此時測得NH3的物質(zhì)的量為0.2 mol，平衡時H2的轉(zhuǎn)化率為     。
（4）在固定體積的密閉容器中，1.0×103 kPa時，發(fā)生反應(yīng) N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  △H＜0，其平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如下表：

T/K
298
398
498
平衡常數(shù)K
51
K1
K2
 
① K1      K2（填寫“＞”、“＝”或“＜”）
②下列各項(xiàng)能說明上述合成氨反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是       （填字母）。
a、容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1:3:2
b、NH3的濃度保持不變
c、容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
d、混合氣體的密度保持不變

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

“富煤、貧油、少氣”是我國能源發(fā)展面臨的現(xiàn)狀。隨著能源的日益緊張，發(fā)展“煤化工”對我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整具有重要意義。下圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈之一。

“潔凈煤技術(shù)”研究在世界上相當(dāng)普遍，科研人員通過向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續(xù)產(chǎn)出熱值很高的煤炭合成氣，其主要成分是CO和H2。CO和H2可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛。
（1）已知：C(s)+O2(g)=CO2(g)            ΔH1＝－393.5 kJ·mol–1          ①
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)      ΔH2＝＋131.3 kJ·mol–1          ②
則反應(yīng)CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g)，ΔH= _________kJ·mol–1。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，33.6 L的煤炭合成氣(設(shè)全部為CO和H2)與氧氣完全反應(yīng)生成CO2和H2O，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移______mole－。
（2）在一恒容的密閉容器中，由CO和H2合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
①下列情形能說明上述反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是_______
a．體系壓強(qiáng)保持不變
b．密閉容器中CO、H2、CH3OH(g)3種氣體共存
c．CH3OH與H2物質(zhì)的量之比為1:2
d．每消耗1 mol CO的同時生成2molH2
②CO的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。

A、B兩點(diǎn)的平衡常數(shù)_____(填“前者”、“后者”或“一樣”)大；達(dá)到A、C兩點(diǎn)的平衡狀態(tài)所需的時間tA      tC(填“大于”、“小于”或“等于”)。
在不改變反應(yīng)物用量的情況下，為提高CO的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是_____________(答出兩點(diǎn)即可)。
（3）工作溫度650℃的熔融鹽燃料電池，是用煤炭氣(CO、H2)作負(fù)極燃?xì)�，空氣與CO2的混合氣體為正極燃?xì)猓靡欢ū壤腖i2CO3和Na2CO3低熔點(diǎn)混合物做電解質(zhì)，以金屬鎳(燃料極)為催化劑制成的。負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CO + H2－4e－ + 2CO32－= 3CO2+H2O；則該電池的正極反應(yīng)式為____________。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

甲烷是天然氣的主要成分，是生產(chǎn)生活中應(yīng)用非常廣泛的一種化學(xué)物質(zhì)。
（1）一定條件下，用甲烷可以消除氮氧化物（NOx）的污染。已知：
①CH4(g) + 4NO(g) = 2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g)； △H1
②CH4(g) + 4NO2(g) =" 4NO(g)" + CO2(g) + 2H2O(g)；△H2
現(xiàn)有一份在相同條件下對H2的相對密度為17的NO與NO2的混合氣體，用16g甲烷氣體催化還原該混合氣體，恰好生成氮?dú)狻⒍趸細(xì)怏w和水蒸氣，共放出1042.8kJ熱量。
①該混合氣體中NO和NO2的物質(zhì)的量之比為                    
②已知上述熱化學(xué)方程式中△H1=—1160kJ/mol，則△H2=          
③在一定條件下NO氣體可以分解為NO2氣體和N2氣體，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式                           。
（2）以甲烷為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，目前得到廣泛的研究，下圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖。回答下列問題：

④B極為電池     極，電極反應(yīng)式為                                            
⑤若用該燃料電池做電源，用石墨做電極電解100mL 1mol/L的硫酸銅溶液，寫出陽極的電極反應(yīng)式                                                  ，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時，理論上消耗的甲烷的體積為        （標(biāo)況下），實(shí)際上消耗的甲烷體積（折算到標(biāo)況）比理論上大，可能原因?yàn)?u>                                                         .

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