Question

11．甲烷、甲醇、CO、H₂、CO₂均是重要的化工原料．
（1）將天然氣、CO₂、H₂O按適當(dāng)比例混合后發(fā)生反應(yīng)，只得到一種產(chǎn)物甲醇，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO₂+2H₂O+3CH₄=4CH₃OH
（2）已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△∥=-242kJ•mol^-1
     ②CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△∥=-802kJ•mol^-1
     ③CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△∥=+206kJ•mol^-1
      則CO的燃燒熱△H為-282KJ/mol
（3）在一定溫度下，將2mol的CH₄和2mol的H₂O（g）充入2L恒溫密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），反應(yīng)過(guò)程中容器內(nèi)CO的濃度隨時(shí)間變化如圖所示：
①反應(yīng)從開(kāi)始到恰好達(dá)到第一次平衡時(shí)v（H₂）=0.075mol/（L•min）該溫度下的平衡常數(shù)K=6.75
②26s時(shí)改變的條件可能是增大了反應(yīng)物的濃度下列能表示該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是d（填序號(hào)）．
a．消耗CH₄、H₂的速率比為3：1        
b．v（CO）_生成=v（CH₄）_消耗
c．混合氣體的密度不變              
d．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
（4）利用電解的原理可將CO₂轉(zhuǎn)化為CH₄（電解質(zhì)溶液為KOH溶液），則陰極上的電極反應(yīng)式為CO₂+8e^-+6H₂O=8OH^-+CH₄，電解總反應(yīng)為CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$CH₄+2O₂．

Answer 1

分析 （1）將天然氣、CO₂、H₂O按適當(dāng)比例混合后發(fā)生反應(yīng)，只得到一種產(chǎn)物甲醇，結(jié)合原則守恒配平書寫化學(xué)方程式；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式，燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量；
（3）①圖象分析可知第一次平衡時(shí)c（CO）=0.50mol/L，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算
               CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L） 1        1        0       0
變化量（mol/L） 0.5     0.5      0.5     1.5
平衡量（mol/L） 0.5     0.5      0.5     1.5
依據(jù)反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算得到，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
②圖象可知，26s時(shí)一氧化碳的濃度一直增大到第二次平衡，說(shuō)明平衡正向進(jìn)行，所以改變的條件可能增大了反應(yīng)物的濃度；平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，分析選項(xiàng)中變量不變分析判斷；
（4）利用電解的原理可將CO₂轉(zhuǎn)化為CH₄（電解質(zhì)溶液為KOH溶液），則陰極上是二氧化碳得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成甲烷，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式，電池反應(yīng)是通電條件下二氧化碳和水反應(yīng)生成甲烷和氧氣．

解答 解：（1）將天然氣、CO₂、H₂O按適當(dāng)比例混合后發(fā)生反應(yīng)，只得到一種產(chǎn)物甲醇，結(jié)合原則守恒配平書寫化學(xué)方程式為：CO₂+2H₂O+3CH₄=4CH₃OH；
故答案為：CO₂+2H₂O+3CH₄=4CH₃OH；
（2）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-242kJ•mol^-1
 ②CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802kJ•mol^-1
 ③CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律②-③-①×3得到CO的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-282KJ/mol
△H為282KJ/mol
故答案為：-282KJ/mol；
（3）①圖象分析可知第一次平衡時(shí)c（CO）=0.50mol/L，
               CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L） 1        1        0       0
變化量（mol/L） 0.5     0.5      0.5     1.5
平衡量（mol/L） 0.5     0.5      0.5     1.5
依據(jù)反應(yīng)速率概念計(jì)算v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.5mol/L}{20min}$=0.075mol/（L•min），
平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$=$\frac{0.5×1．{5}^{3}}{0.5×0.5}$=6.75；
故答案為：0.075mol/（L•min）；6.75；
②圖象可知，26s時(shí)一氧化碳的濃度一直增大到第二次平衡，說(shuō)明平衡正向進(jìn)行，所以改變的條件可能增大了反應(yīng)物的濃度；平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，
a．消耗CH₄、H₂的速率比為1：3時(shí)，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，故a錯(cuò)誤；   
b．v（CO）_生成=v（CH₄）_消耗，只能說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；
c．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，容器體積不變，過(guò)程中混合氣體的密度始終不變，密度不變不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；             
d．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，氣體質(zhì)量不變，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：d；
（4）利用電解的原理可將CO₂轉(zhuǎn)化為CH₄（電解質(zhì)溶液為KOH溶液），則陰極上是二氧化碳得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成甲烷，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式為：CO₂+8e^-+6H₂O=8OH^-+CH₄，陽(yáng)極上是溶液中氫氧根離子失電子生成氧氣，電池反應(yīng)是通電條件下二氧化碳和水反應(yīng)生成甲烷和氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$CH₄+2O₂；
故答案為：CO₂+8e^-+6H₂O=8OH^-+CH₄；CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$CH₄+2O₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫，化學(xué)平衡的計(jì)算應(yīng)用，反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率等概念的計(jì)算分析，影響反應(yīng)速率和平衡的因素判斷，電解原理的理解應(yīng)用，掌握平衡移動(dòng)原理和化學(xué)基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．