Question

氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與利用是氫能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)
已知：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1
（1）以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫方法．CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CO₂（g）和H₂（g）的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2）上述方法值得的H₂可以和CO在一定條件下合成多種有機(jī)物，當(dāng)兩者一物質(zhì)的量1：1催化反應(yīng)，其原子利用率達(dá)100%，合成的物質(zhì)可能是

 

．
a．汽油    b．乙醇    c．甲醛（HCHO）　　d．乙酸
（3）在一定溫度和壓強(qiáng)下，CO和H₂催化合成二甲醛的反應(yīng)為：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
若一體積可變的密閉容器中充入3mol H₂，3mol CO．1mol CH₃，1mol CO₂，經(jīng)一定時(shí)間達(dá)到平衡，并測(cè)得平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的1.6倍．則：反應(yīng)開始時(shí)正，逆反應(yīng)速率的大小：v（正）

 

v（逆）（填“＞”“＜”“=”），平衡時(shí)，n（CH₃OCH₃）=

 

mol．
（4）電解尿素[CO（NH₂）₂]的堿性溶液制氫的裝置示意圖如圖（電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰陽(yáng)極均為惰性電極），電解時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為

 

，若用鉛蓄電池電解該裝置，每產(chǎn)生1mol N₂，則消耗鉛蓄電池負(fù)極材料的質(zhì)量為

 

g．

Answer 1

考點(diǎn)：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：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)已知的反應(yīng)和目標(biāo)反應(yīng)，利用蓋斯定律來計(jì)算反應(yīng)熱，并書寫熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）根據(jù)質(zhì)量守恒定律和化合反應(yīng)的定義和特點(diǎn)判斷，主要是利用反應(yīng)前后原子的種類不變，其數(shù)目必保持不變分析判斷；
（3）反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變；用差量法解題，方程式中3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）減少了4mol；
（4）由陽(yáng)極排出液中含有大量的碳酸鹽成份，則尿素在陽(yáng)極參與反應(yīng)，N元素的化合價(jià)升高，以此來書寫電極反應(yīng)；利用總反應(yīng)計(jì)算出生成1mol氮?dú)廪D(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量，再根據(jù)電子守恒計(jì)算出需要鉛的質(zhì)量．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO （g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1，
②CH₄（g）+CO₂（g）═2CO （g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1，
由蓋斯定律可知，①×2-②可得CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g），
其反應(yīng)熱△H=（+206.2kJ?mol^-1）×2-（+247.4kJ?mol^-1）=+165.0 kJ?mol^-1，
即熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1；
（2）“綠色化學(xué)”能實(shí)現(xiàn)零排放，即反應(yīng)物中的原子利用率達(dá)到100%，也就是說反應(yīng)類型一般是化合反應(yīng)，且反應(yīng)后產(chǎn)物中的各原子數(shù)目比不變，CO和H₂在一定條件下按照不同的比例反應(yīng)，可假定反應(yīng)時(shí)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為1：1，則只要各選項(xiàng)中的化學(xué)式能化為形式（CO）_n（H₂）_n，都是正確的，汽油是烴類的混合物，乙醇（C₂H₆O）可變?yōu)椋–₂O）₁（H₂）₃，甲醛（CH₂O）可變?yōu)椋–O）₁（H₂）₁，乙酸（C₂H₄O₂）可變?yōu)椋–O）₂（H₂）₂，
故答案為：cd；
（3）反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變，同溫、同壓下，達(dá)到平衡時(shí)，氣體密度增大，即氣體體積縮小，說明平衡向著正向移動(dòng)，即：v（正）＞v（逆）；平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的1.6倍，則總物質(zhì)的量變?yōu)樵�先�?span id="ro9rr7k" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">

1

1.6

=0.625倍，總物質(zhì)的量=8×0.625=5mol，反應(yīng)前后減少了3mol，設(shè)反應(yīng)生成甲醚xmol，
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△n，
                    1                6-2=4 
                    x                3mol
4x=1×3mol，
解得：x=0.75mol
所以平衡時(shí)，n（CH₃OCH₃）=1+0.75=1.75mol，
故答案為：＞； 1.75； 
（4）由陽(yáng)極排出液中含有大量的碳酸鹽成份，尿素在陽(yáng)極參與反應(yīng)，則陽(yáng)極反應(yīng)式為CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-═CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，
由圖可知，陰極生成氫氣，則陰極反應(yīng)為6H₂O+6e^-═3H₂↑+6OH^-，總反應(yīng)為CO（NH₂）₂+2KOH═K₂CO₃+N₂↑+3H₂↑，生成1mol氮?dú)廪D(zhuǎn)移了6mol電子，鉛蓄電池負(fù)極材料為Pb，1mol鉛完全反應(yīng)失去2mol電子，所以轉(zhuǎn)移6mol電子需要3molPb，需要Pb的質(zhì)量為：207g/mol×3mol=621g，
故答案為：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-═CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；621．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫、原電池工作原理、化學(xué)平衡的影響因素及計(jì)算，題目難度較大，試題題量較大，知識(shí)點(diǎn)較多，充分考查了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握情況，試題有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．