Question

工业上利用天然气（主要成分是CH4）与H2O进行高温重整制备合成气（CO+H2），CO和H2在一定条件下能制备甲醛、甲醚

Answer 1

解题思路：（1）根据燃烧热写出热化学方程式，利用盖斯定律计算；（2）根据图象可知3min时，平衡时各组分的平衡浓度，再根据4min时各组分浓度变化量判断改变的条件；（3）①根据反应的热效应判断温度对平衡移动的影响，结合图象分析解答；②碳水比[n(CH4)n(H2O)]值越大，平衡时甲烷的转化率越低，含量越高；③根据压强对平衡移动影响，结合图象分析解答；（4）①正极发生还原反应，氧气在正极放电生成氢氧根离子；②计算氧气的物质的量，进而计算生成二氧化碳的物质的量，根据n（NaOH）与n（CO2）比例关系判断反应产物，进而计算溶液中电解质物质的量，结合盐类水解与电离等判断．

（1）已知：①H₂（g）+[1/2]O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1

②CO（g）+[1/2]O₂（g）=CO₂（g） ）△H=-283.0kJ•mol^-1

③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l））△H=-890.3kJ•mol^-1，

④H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1，

利用盖斯定律将④+③-②-3×①可得：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）

△H=（-44.0kJ•mol^-1）+（-890.3kJ•mol^-1）-（-283.0kJ•mol^-1）-3×（-285.8kJ•mol^-1）=+206.1 kJ•mol^-1，

故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1 kJ•mol^-1；

（2）根据图象可知3min时，平衡时甲烷的浓度为0.1mol/L，氢气的浓度为0.3mol/L，则：

CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）

开始（mol/L）：0.20.3 0 0

变化（mol/L）：0.1 0.1 0.1 0.3

平衡（mol/L）：0.1 0.2 0.1 0.3

4min时甲烷的浓度为0.09mol/L，浓度减小0.1-0.09=0.01

水的浓度为0.19mol，浓度减小0.2-0.19=0.01；

CO的浓度为0.11，浓度增大0.11-0.1=0.01

氢气的浓度为0.33，浓度增大0.33-0.3=0.03

浓度变化量之比为1：1：1：3，等于化学计量数之比，应是改变温度平衡向正反应方向移动，该反应正反应是吸热反应，故3min改变条件为升高温度；

故答案为：正；升高温度；

（3）①该反应正反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，甲烷的含量降低，故温度t₁＜t₂，故答案为：＜；

②碳水比[

n(CH4)

n(H2O)]值越大，平衡时甲烷的转化率越低，含量越高，故x₁＞x₂，故答案为：＞；

③该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动，平衡时甲烷的含量降低，故p₁＞p₂，故答案为：＞；

（4）①正极发生还原反应，氧气在正极放电生成氢氧根离子，正极电极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，故答案为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；

②参与反应的氧气在标准状况下体积为8960mL，物质的量为[8.96L/22.4L/mol]=0.4mol，根据电子转移守恒可知，生成二氧化碳为[0.4mol×4/8]=0.2mol，n（NaOH）=0.1L×3.0mol•L^-1=0.3mol，n（NaOH）：n（CO₂）=0.3mol：0.2mol=3：2，介于1：1与2：1之间，故生成碳酸钾、碳酸氢钾，令碳酸钾、碳酸氢钾的物质的量分别为xmol、ymol，则x+y=0.2，2x+y=0.3，解得x=0.1，y=0.1，溶液中碳酸根水解，碳酸氢根的水解大于电离，溶液呈碱性，故c（OH^-）＞c（H⁺），碳酸根的水解程度大于碳酸氢根，故c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），钾离子浓度最大，水解程度不大，碳酸根浓度原大于氢氧根离子，故c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），

故答案为：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评：

本题考点： 物质的量或浓度随时间的变化曲线；热化学方程式；化学电源新型电池；体积百分含量随温度、压强变化曲线．

考点点评： 本题综合性较大，涉及热化学方程式书写、化学平衡图象、化学平衡的影响因素、化学平衡计算、原电池、化学计算、离子浓度比较等，难度中等，是对基础知识与学生能力的综合考查．