Question

氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與利用是氫能源領域的研究熱點．
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上常用的制氫方法．CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO₂（g）和H₂（g）的熱化學方程式為

 

．
（2）H₂O的熱分解也可得到H₂，高溫下水分解體系中主要氣體的體積分數與溫度的關系如圖1所示．圖中A、B表示的物質依次是

 

．

（3）電解尿素[CO（NH₂）₂]的堿性溶液制氫的裝置示意圖見圖2（電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽極均為惰性電極）．電解時，陽極的電極反應式為

 

．
（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）及許多烴類物質．當兩者以物質的量1：1催化反應，其原子利用率達100%，合成的物質可能是

 

．
a．汽油        b．甲醇          c．甲醛          d．乙酸
（5）在一定溫度和壓強下，CO和H₂催化合成二甲醚的反應為：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，經一定時間達到平衡，并測得平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的1.6倍．則反應開始時正、逆反應速率的大小：v（正）

 

v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”），理由是

 

平衡時n（CH₃OCH₃）=

 

mol．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,產物的百分含量隨濃度、時間的變化曲線,化學平衡的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據蓋斯定律計算反應熱，據此書寫該熱化學反應方程式；
（2）由圖可知，水的分解化學鍵斷裂先生成H原子與O原子，氫原子結合生成氫氣，氧原子結合生成氧氣，由水的分子式可知氫原子物質的量是氧原子2倍，據此判斷；
（3）由圖可知，CO（NH₂）₂在陽極放電生成N₂，C元素價態未變化，故還有碳酸鉀生成與水生成；
（4）兩者以物質的量1：1催化反應，其原子利用率達100%，根據原子守恒確定生成物；
（5）（3））①平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的1.6倍，說明混合氣體總的物質的量減小，反應向正反應方向進行；
②設平衡時CH₃OCH₃的物質的量變化量為xmol，利用三段式表示出平衡時各組分的物質的量，由平衡時密度可知，平衡后混合氣體的物質的量為起始時的

1

1.6

，據此列方程計算解答；
③化學平衡的標志是正逆反應速率相同，個組分含量保持不變分析判斷選項；

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），
其反應熱△H=（+206.2kJ?mol^-1）×2-（+247.4kJ?mol^-1）=+165.0 kJ?mol^-1，
即熱化學方程式為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，水的分解化學鍵斷裂先生成H原子與O原子，氫原子結合生成氫氣，氧原子結合生成氧氣，由水的分子式可知氫原子物質的量是氧原子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在陽極放電生成N₂，C元素價態未變化，故還有碳酸鉀生成與水生成，電極反應式為CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，
故答案為：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；
（4）兩者以物質的量1：1催化反應，其原子利用率達100%，根據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平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的1.6倍，同溫同壓下體積縮小密度增大，正反應方向混合氣體總的物質的量減小，故反應向正反應方向進行，故反應速率V（正）＞V（逆），
故答案為：＞；同溫同壓下體積縮小密度增大，反應正向進行混合氣體總的物質的量減小；
②由平衡時密度可知，平衡后混合氣體的物質的量為起始時的

1

1.6

，平衡時總物質的量為（3mol+3mol+1mol+1mol）×

1

1.6

=5mol，
設平衡時CH₃OCH₃的物質的量變化量為xmol，則：
            3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
開始（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n（CH₃OCH₃）=1mol+0.75mol=1.75mol，
故答案為：1.75mol．

點評：本題考查反應熱計算、化學平衡影響因素、化學平衡計算等，難度中等，注意判斷起始與平衡時混合氣體總物質的量關系．