化学
（2014•宜昌模拟）运用化学反应原理分析解答以下问题．（1）以CH4和H2O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下：已知：CH4 （g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2 （g）△H1═+247.4kJ•mol-1CH4 （g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H2+165.0kJ•mol-1①CH4（g）与H2O （g）反应生成CO（g）和H2（g）的热化学方程式为．②反应室3（容积为VL）中a mol CO与2a mo

2019-06-24

（2014•宜昌模拟）运用化学反应原理分析解答以下问题．
（1）以CH4和H2O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下：

已知：CH4 （g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2 （g）△H1═+247.4kJ•mol-1
CH4 （g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H2+165.0kJ•mol-1
①CH4（g）与H2O （g）反应生成CO（g）和H2（g）的热化学方程式为______．
②反应室3（容积为VL）中a mol CO与2a mol H2在催化剂作用下反应生成甲醇：
CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g），CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示，则：P1______P2（填“＜”、“＞”或“=”）．在P1压强下，100℃时，反应：CH3OH（g）⇌CO（g）+2H2（g）的平衡常数为
a2
V2
a2
V2
．（用含a、V的代数式表示）．
③保持温度和容积一定，反应室3再增加a mol CO与2a mol H2，达到新平衡时，CO的转化率______．（填“增大”、“减小”或“不变”）
（2）甲醇是新能源电池的燃料，但它对水质会造成一定的污染．有一种电化学法可消除这种污染．其原理是：2滴甲醇，1mL 1.0mol•L-1硫酸，4mL 0.1mol•L-1硫酸钴（CoSO4）混合溶液，插上两根惰性电极，通电后，将Co2+氧化成Co3+，然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化．实验室用如图2装置模拟上述过程：

①检验电解时产生的CO2气体，井穴板穴孔内应盛放______溶液．
②写出净化甲醇的离子方程式______．
（3）将CH4设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图3所示（A、B为多孔性石墨棒）．持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL．
①0＜V≤44.8L时，电池负极电极反应为：______；
②V=67.2L时，溶液中离子浓度大小关系为______．
优质解答
（1）①已知：a、CH4 （g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2 （g）△H1═+247.4kJ•mol-1
b、CH4 （g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H2+165.0kJ•mol-1
反应CH4（g）+H2O （g）=CO （g）+3H2 （g）可以是
1
2
（a+b）得到，所以该反应的△H=+206.2 kJ•mol-1，
故答案为：CH4（g）+H2O （g）=CO （g）+3H2 （g）△H=+206.2 kJ•mol-1；
②根据题目反应：CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）知道，温度不变，压强越大，对应的CO的转化率越大，所以压强关系是：P1＜P2，在P1压强下，100℃时，反应：
           CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）
初始浓度：
a
V
       
2a
V
         0
变化浓度：
a
2V
        
a
V
       
a
2V

平衡浓度：
a
2V
        
a
V
         
a
2V
 
        
平衡常数为
a
2V
a
2V
×(
a
V
)2
=
V2
a2
，所以 CH3OH（g）⇌CO（g）+2H2（g）的平衡常数为
a2
V2
；
故答案为：＜；
a2
V2
；
③保持温度和容积一定，反应室3再增加a mol CO与2a mol H2，相当于增大压强，平衡右移，达到新平衡时，CO的转化率增大，故答案为：增大；
（2）①检验电解时产生的CO2气体，用澄清石灰水检验二氧化碳的存在，井穴板穴孔内应盛放澄清石灰水；
故答案为：澄清石灰水或Ca（OH）2；
②甲醇被氧化生成二氧化碳，Co3+被还原生成Co2+，溶液呈酸性，则生成物中含有氢离子，所以该反应离子方程式为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+；
故答案为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6 Co2++6H+；
（3）①n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；
当0＜V≤44.8 L时，0＜n（CH4）≤2mol，则0＜n（CO2）≤2mol，只发生反应①②，且KOH过量，则电池总反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，负极反应为：CH4-8e-+10 OH-=CO32-+7H2O，
故答案为：CH4-8e-+10 OH-=CO32-+7H2O；
②当V=67.2 L时，n（CH4）=3mol，n（CO2）=3mol，则电池总反应式为3CH4+6O2+4KOH=K2CO3+2KHCO< （1）①已知：a、CH4 （g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2 （g）△H1═+247.4kJ•mol-1
b、CH4 （g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H2+165.0kJ•mol-1
反应CH4（g）+H2O （g）=CO （g）+3H2 （g）可以是
1
2
（a+b）得到，所以该反应的△H=+206.2 kJ•mol-1，
故答案为：CH4（g）+H2O （g）=CO （g）+3H2 （g）△H=+206.2 kJ•mol-1；
②根据题目反应：CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）知道，温度不变，压强越大，对应的CO的转化率越大，所以压强关系是：P1＜P2，在P1压强下，100℃时，反应：
           CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）
初始浓度：
a
V
       
2a
V
         0
变化浓度：
a
2V
        
a
V
       
a
2V

平衡浓度：
a
2V
        
a
V
         
a
2V
 
        
平衡常数为
a
2V
a
2V
×(
a
V
)2
=
V2
a2
，所以 CH3OH（g）⇌CO（g）+2H2（g）的平衡常数为
a2
V2
；
故答案为：＜；
a2
V2
；
③保持温度和容积一定，反应室3再增加a mol CO与2a mol H2，相当于增大压强，平衡右移，达到新平衡时，CO的转化率增大，故答案为：增大；
（2）①检验电解时产生的CO2气体，用澄清石灰水检验二氧化碳的存在，井穴板穴孔内应盛放澄清石灰水；
故答案为：澄清石灰水或Ca（OH）2；
②甲醇被氧化生成二氧化碳，Co3+被还原生成Co2+，溶液呈酸性，则生成物中含有氢离子，所以该反应离子方程式为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+；
故答案为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6 Co2++6H+；
（3）①n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；
当0＜V≤44.8 L时，0＜n（CH4）≤2mol，则0＜n（CO2）≤2mol，只发生反应①②，且KOH过量，则电池总反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，负极反应为：CH4-8e-+10 OH-=CO32-+7H2O，
故答案为：CH4-8e-+10 OH-=CO32-+7H2O；
②当V=67.2 L时，n（CH4）=3mol，n（CO2）=3mol，则电池总反应式为3CH4+6O2+4KOH=K2CO3+2KHCO<
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