Question

天然氣在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義．
（1）工業(yè)上用CH₄和H₂O（g）為原料合成新型燃料--甲醚（CH₃OCH₃）的有關(guān)反應(yīng)如下：Ⅰ．CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+216kJ?mol^-1 
Ⅱ．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂=-90.7kJ?mol^-1
Ⅲ.2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₃=-23.5kJ?mol^-1    
試計算反應(yīng)2CH₄（g）+H₂O（g）?CH₃OCH₃（g）+2H₂（g）的△H=

 

；若CH₄與H₂O（g）在容積固定的反應(yīng)器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列措施既可增大CH₄的轉(zhuǎn)化率又可增大CH₃OCH₃產(chǎn)率的是

 

（填寫代號）； 
 a．升高溫度      b．充人Ar    c．使用催化劑 d．再充人一定量CH₄   e．將CH₃OCH₃（g）從體系中分離
（2）工業(yè)上利用CH₄和H₂O（g）為原料制備合成甲醇的原料CO和H₂（反應(yīng)Ⅰ），回答下列問題：
①一定條件下CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖，則：P₁

 

P₂（填“＜”、“＞”“=”，下同）；  A、B、C三點處對應(yīng)平衡常數(shù)（ K_A、K_B、K_C） 的大小順序為

 

． 
②100℃時，1molCH₄和2molH₂O（g）通入體積為100L的恒容密閉容器，如果反應(yīng)經(jīng)10分鐘達(dá)到平衡，且達(dá)到平衡時CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5，則100℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

，用H₂表示的化學(xué)反應(yīng)速率為

 

．
③利用甲醇可以設(shè)計一種新型燃料電池：一極通入空氣，一極通入CH₃OH（g），電解質(zhì)是摻雜氧化釔（Y₂O₃）的氧化鋯（ZrO₂）晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O^2-．則在該熔融電解質(zhì)中，O^2-向

 

（填“正”或“負(fù)”）極移動，電池負(fù)極電極反應(yīng)為：

 

．

Answer 1

考點：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：

分析：（1）利用蓋斯定律進(jìn)行計算即可；既可增大CH₄的轉(zhuǎn)化率又可增大CH₃OCH₃產(chǎn)率，則使得平衡右移即可，據(jù)此選擇合適答案；
（2）①依據(jù)反應(yīng)特點判斷壓強對甲烷轉(zhuǎn)化率的影響，依據(jù)溫度高低判斷平衡常數(shù)大��；
②利用三段式法計算化學(xué)平衡常數(shù)，利用速率公式計算氫氣的反應(yīng)速率即可；
③原電池中，陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動，通入甲醇的一極是負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH₄O+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O，據(jù)此填空即可．

解答： 解：（1）Ⅰ．CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+216kJ?mol^-1
Ⅱ．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂=-90.7kJ?mol^-1
Ⅲ.2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₃=-23.5kJ?mol^-1
Ⅰ×2+Ⅱ×2+Ⅲ得：2CH₄（g）+H₂O（g）?CH₃OCH₃（g）+2H₂（g），故△H=△H₁×2+△H₂×2+△H₃=227.1kJ?mol^-1，由于此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，要使得CH₄與H₂O（g）在容積固定的反應(yīng)器中進(jìn)行，既可增大CH₄的轉(zhuǎn)化率又可增大CH₃OCH₃產(chǎn)率，即應(yīng)讓反應(yīng)往右移，
a．升高溫度，平衡右移，符合題意，正確；
b．充人Ar，不改變?nèi)魏我环N物質(zhì)的濃度，平衡不移動，故錯誤；
c．使用催化劑，只加快反應(yīng)速率，故錯誤；
d．再充人一定量CH₄，平衡右移，但是甲烷轉(zhuǎn)化率減小，故錯誤；
e．將CH₃OCH₃（g）從體系中分離，平衡右移，且生成甲醚增多，故正確，故選ae，
故答案為：227.1kJ?mol^-1；ae；
（2）①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+216kJ?mol^-1
此反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強，平衡左移，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小，故P₁＜P₂，此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度越高，則K值越大，故K_A＜K_B＜K_C，
故答案為：＜；K_C＞K_B＞K_A；
②CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
初始濃度：0.01     0.02     0       0
變化濃度：0.005    0.005    0.005   0.015
平衡濃度：0.005    0.015    0.005   0.015
所以平衡常數(shù)K=

0.0153×0.005

0.005×0.015

=2.25×10^-4（mol/L）²，反應(yīng)經(jīng)10分鐘達(dá)到平衡，即v（H₂）=

0.015mol/L

10min

=0.0015mol/（L?min），
故答案為：2.25×10^-4（mol/L）²；0.0015mol/（L?min）；
③原電池中，陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動，故O^2-向負(fù)極移動，通入甲醇的一極是負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH₄O+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O，
故答案為：負(fù)；CH₄O+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O．

點評：本題主要考查的是蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡的有關(guān)計算，原電池原理等，綜合性較強，難度較大．