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）H₂O的熱分解也可得到H₂，高溫下水分解體系中主要?dú)怏w的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖1所示．圖中A、B表示的物質(zhì)依次是

 

．

（3）電解尿素[CO（NH₂）₂]的堿性溶液制氫的裝置示意圖見(jiàn)圖2（電解池中隔膜僅阻止氣體通過(guò)，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

 

．
（4）上述方法制得的H₂可以和CO在一定條件下合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃）及許多烴類(lèi)物質(zhì)．當(dāng)兩者以物質(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．甲醇          c．甲醛          d．乙酸
（5）在一定溫度和壓強(qiáng)下，CO和H₂催化合成二甲醚的反應(yīng)為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）若一體積可變的密閉容器中充入3molH₂、3molCO、1mol CH₃OCH₃、1molCO₂，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(kāi)始時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大�。簐（正）

 

v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”），理由是

 

平衡時(shí)n（CH₃OCH₃）=

 

mol．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,產(chǎn)物的百分含量隨濃度、時(shí)間的變化曲線(xiàn),化學(xué)平衡的計(jì)算

專(zhuān)題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱，據(jù)此書(shū)寫(xiě)該熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）由圖可知，水的分解化學(xué)鍵斷裂先生成H原子與O原子，氫原子結(jié)合生成氫氣，氧原子結(jié)合生成氧氣，由水的分子式可知?dú)湓�子物質(zhì)的量是氧原子2倍，據(jù)此判斷；
（3）由圖可知，CO（NH₂）₂在陽(yáng)極放電生成N₂，C元素價(jià)態(tài)未變化，故還有碳酸鉀生成與水生成；
（4）兩者以物質(zhì)的量1：1催化反應(yīng)，其原子利用率達(dá)100%，根據(jù)原子守恒確定生成物；
（5）（3））①平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的1.6倍，說(shuō)明混合氣體總的物質(zhì)的量減小，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行；
②設(shè)平衡時(shí)CH₃OCH₃的物質(zhì)的量變化量為xmol，利用三段式表示出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，由平衡時(shí)密度可知，平衡后混合氣體的物質(zhì)的量為起始時(shí)的

1

1.6

，據(jù)此列方程計(jì)算解答；
③化學(xué)平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，個(gè)組分含量保持不變分析判斷選項(xiàng)；

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）由圖可知，水的分解化學(xué)鍵斷裂先生成H原子與O原子，氫原子結(jié)合生成氫氣，氧原子結(jié)合生成氧氣，由水的分子式可知?dú)湓�子物質(zhì)的量是氧原子2倍，故A為氫原子、B為氧原子，
故答案為：氫原子、氧原子；
（3）由圖可知，CO（NH₂）₂在陽(yáng)極放電生成N₂，C元素價(jià)態(tài)未變化，故還有碳酸鉀生成與水生成，電極反應(yīng)式為CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，
故答案為：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；
（4）兩者以物質(zhì)的量1：1催化反應(yīng)，其原子利用率達(dá)100%，根據(jù)原子守恒知生成物為CH₂O或C₂H₄O₂，即：甲醛或乙酸（或甲酸甲酯），故選cd．
（5））①平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的1.6倍，同溫同壓下體積縮小密度增大，正反應(yīng)方向混合氣體總的物質(zhì)的量減小，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故反應(yīng)速率V（正）＞V（逆），
故答案為：＞；同溫同壓下體積縮小密度增大，反應(yīng)正向進(jìn)行混合氣體總的物質(zhì)的量減小；
②由平衡時(shí)密度可知，平衡后混合氣體的物質(zhì)的量為起始時(shí)的

1

1.6

，平衡時(shí)總物質(zhì)的量為（3mol+3mol+1mol+1mol）×

1

1.6

=5mol，
設(shè)平衡時(shí)CH₃OCH₃的物質(zhì)的量變化量為xmol，則：
            3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
開(kāi)始（mol）：3       3          1          1
變化（mol）：3x      3x         x          x 
平衡（mol）：3-3x    3-3x       1+x        1+x
所以，3-3x+3-3x+1+x+1+x=5，解得x=0.75
故平衡時(shí)n（CH₃OCH₃）=1mol+0.75mol=1.75mol，
故答案為：1.75mol．

點(diǎn)評(píng)：本題考查反應(yīng)熱計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素、化學(xué)平衡計(jì)算等，難度中等，注意判斷起始與平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量關(guān)系．