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题目
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煤制备CH4是一种有发展前景的新技术。
I. 煤炭气化并制备CH4包括以下反应:
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2 (g)    ΔH 1 = +131 kJ/mol 
CO(g) + H2O(g)=CO2 (g)+ H2(g)     ΔH 2 = −41 kJ/mol  
CO(g) + 3H2 (g)=CH4 (g)+ H2O(g)    ΔH 3 = −206 kJ/mol 
(1)写出煤和气态水制备CH4(产物还有CO2)的热化学方程式                                   
(2)煤转化为水煤气(CO和H2)作为燃料和煤直接作为燃料相比,主要的优点有                    
(3)写出甲烷—空气燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)中负极的电极反应式                      
II. 对以上反应CO(g)  + H2O(g) CO2 (g)+ H2(g)  ΔH 2 = −41 kJ/mol,起始时在密闭容器中充入1.00 molCO和1.00 molH2O,分别进行以下实验,探究影响平衡的因素(其它条件相同且不考虑任何副反应的影响)。实验条件如下表:
实验编号
容器体积/L
温度/°C

2.0
1200

2.0
1300

1.0
1200
 
(1)实验①中c(CO2)随时间变化的关系见下图,请在答题卡的框图中,画出实验②和③中c(CO2)随时间变化关系的预期结果示意图。

(2)在与实验①相同的条件下,起始时充入容器的物质的量:n(CO)=n(H2O)=n(CO2) =n( H2)=1.00mol。通过计算,判断出反应进行的方向。(写出计算过程。)
答案
I.(1)2C(s)+ 2H2O(g)= CH4 (g)+ CO2 (g)  ΔH  = +15 kJ/mol     (3分 )
(2)提高煤的利用率(节约能源或节约资源)(1分)、减少污染。(1分)
(3)CH4—8e-+10OH-=CO32-+7H2O(2分)
II. (1) 如图所示

(2)Q> K  反应向逆反应方向(生成CO和H2O的方向)进行   (1分)
解析

试题分析: I. (1) 根据盖斯定律和已知方程式,煤和气态水制备甲烷的热化学方程式可由方程式①×2+②+③而得,所以ΔH=2ΔH 1+ ΔH 2+ΔH 3 = +15 kJ/mol ,所以热化学方程式为:2C(s)+ 2H2O(g)= CH4 (g)+ CO2 (g)  ΔH  = +15 kJ/mol 。
(2) 煤气化后生成水煤气再燃烧比直接燃烧煤更加充分,提高能源利用率,同时燃煤容易产生酸雨,所以燃烧水煤气还可以减少污染。
(3)用甲烷作燃料制成的碱性燃料电池中,甲烷失电子生成的CO2气体会与溶液中的碱性介质进一步反应生成CO32-,所以其负极的反应式为:CH4—8e-+10OH-=CO32-+7H2O。
II. (1) CO(g)  + H2O(g) CO2 (g)+ H2(g) 的反应是一个放热反应,所以温度升高,反应的反应速率加快,但使平衡逆向移动,实验②曲线比实验①曲线更快达到平衡,但是平衡时CO2的浓度要低一些;相比之下,实验③比试验①缩小了体积,即增大了压强,由于反应前后气体系数不变,所以增大压强只能增大化学反应速率,但是不能改变平衡,因此实验③的曲线比实验①更快达到平衡,且平衡时CO2的浓度是实验①的2倍。如图

(2)整体思路:先根据实验①充入的物质的物质的量和平衡时候CO2的浓度计算出在相同温度下的平衡常数K,然后比较此时的浓度商Q与实验①的K值的大小,从而得出反应进行的方向。
计算过程为:
(2) 平衡时n(CO2)=0.20mol/Lx2.0L=0.40mol
CO(g)  + H2O(g) CO2 (g)+ H2(g) 
起始物质的量/mol  1.00  1.00  1.00    1.00
变化物质的量/mol  0.40  0.40  0.40    0.40
平衡物质的量/mol  0.60  0.60  0.40    0.40  (1分)
K=="0.44"  (2分)
Q= ==" 1.0" (1分)
Q> K    反应向逆反应方向(生成CO和H2O的方向)进行   (1分)
核心考点
试题【煤制备CH4是一种有发展前景的新技术。I. 煤炭气化并制备CH4包括以下反应:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2 (g)    ΔH 1 = +131 k】;主要考察你对焓变、反应热等知识点的理解。[详细]
举一反三
乙醇是一种可燃性液体,按一定比例混合的乙醇汽油是一种新型清洁车用燃料,某科研机构研究利用CO2合成乙醇的方法:
(i)2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g) ΔH1
原料气氢气
(ii)CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)   ΔH2
回答下列问题:
(1)使用乙醇汽油(汽油用戊烷代替)燃料时.气缸工作时进行的反应较多,写出燃烧产生有毒气体CO、NO的所有反应的化学方程式:________________________。
(2)反应(i)中能够提高氢气转化率的措施有____。
A.增大压强B.加催化剂C.增大CO2的浓度D.及时分离体系中的乙醇
(3)利用CO合成乙醇是目前工业生产较为成熟的工艺。已知下列热化学方程式:
(iii)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)   ΔH3
写出以CO(g)与H2(g)为原料合成乙醇的热化学方程式:___________________(焓变用H1H3表示)。
(4)反应(ii)中的甲烷和水蒸气是在特定的催化剂表面上进行的,该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表:

由此推知反应(ii)的焓变H2________0(填“>”、“=”或“<”)。某温度下,向容积为1 L的密闭容器中加入1 mol甲烷和1mol水蒸气,经过5h反应达到平衡状态,此时测得CH4的浓度变为0.5 mol/L。该温度下,反应(ii)的平衡常数K=__________________,反应开始至达到平衡时氢气的反应速率v(H2)=_________。
(5)机动车在改用乙醇汽油后,并不能减少氮氧化物的排放。使用合适的催化剂可使NO转化为氮气,实验测得NO转化为氮气的转化率随温度变化曲线如下图所示:

由图像可知,在没有CO情况下,温度超过775K,NO的转化率减小,造成这种现象的原因可能是___________________________;在NO和CO物质的量之比为1:1的情况下,应控制的最佳温度为__________________左右。
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阅读以下信息,回答问题:
(1)已知NO2、N2O4的结构式分别为, NO2中氮氧键的键能为466 kJ·mol-1,N2O4中N-N键键能为167 kJ·mol-1,氮氧键的键能为438.5 kJ·mol-1,写出N2O4转化为NO2的热化学方程式                                                     
(2)某种高能充电电池使用吸收H2后的储氢合金(用MH表示)作电池负极材料,NiO(OH)作正极材料,KOH溶液为电解质溶液,负极的电极反应为:MH+OH-e= M+H2O,电池充放电时的总反应为:Ni(OH)2+M NiO(OH)+MH
① 电池放电时,正极的电极反应式为                                         
② 充电完成时Ni(OH)2全部转化为NiO(OH),若继续充电将在一个电极产生O2,同时扩散到另一个电极发生电极反应被消耗,此时阴极的电极反应式为                     
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某些化学键键能数据如下:
化学键
H—H
Cl—Cl
H—Cl
键能/ kJ·mol-1
436
243
431
 
则下列热化学方程式不正确的是              (  )
A.H2(g)+Cl2(g)=HCl(g)   ΔH=-91.5 kJ·mol-1
B.H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)ΔH=-183 kJ·mol-1
C.H2(g)+Cl2(g)=HCl(g)ΔH=+91.5 kJ·mol1
D.2HCl(g)=H2(g)+Cl2(g)ΔH=+183 kJ·mol1
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100 g炭粉燃烧所得气体中,CO占、CO2,且C(s)+O2(g)=CO(g) ΔH=-110.35 kJ·mol-1,CO(g)+ O2(g)=CO2(g) ΔH=-282.57 kJ·mol-1,与这些炭粉完全燃烧相比损失的热量是    (  )。
A.784.92 kJ B.2 489.44 kJC.1 569.83 kJ D.3 274.3 kJ

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甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。
(1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:
反应Ⅰ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
①上述反应符合“原子经济”原则的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数(K)。
温度
250 ℃
300 ℃
350 ℃
K
2.041
0.270
0.012
 
由表中数据判断,ΔH1______0(填“>”、“=”或“<”)。
③某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)=0.2 mol·L-1,则CO的转化率为________,此时的温度为________(从上表中选择)。
(2)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)    ΔH1=-1 275.6 kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)    ΔH2=-566.0 kJ·mol-1
③H2O(g)=H2O(l) ΔH3=-44.0 kJ·mol-1
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:
__________________________________________________________。
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