Question

【题目】CH4是天然气主要成分，天然气是一种高效、低耗、污染小的清洁能源，也是重要的化工原料。

(1)CH4除了可以直接燃烧供能外，还可用作燃料电池的燃料，写出如图所示甲烷燃料电池负极的电极反应式_________。

(2)以CH4为原料制取H2是工业上常用的制氢方法，化学方程式为：CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)，该反应为吸热反应。一定温度下，将CH4和H2O(g)各0.11 mol充入2L恒容密闭容器中，50s后达平衡状态：

①若平衡时压强与初始压强比为21：11，平衡时CH4的浓度为____，50s内用H2表示该反应的平均速率 v(H2)＝____。

②以下可作为该反应达平衡状态的标志的是________。

A．气体总压强保持不变 B．气体的密度保持不变 C．单位时间消耗1molCH4的同时生成3molH2 D．气体的平均摩尔质量保持不变 E．CO和H2的分子数之比为1:3

(3)与甲烷结构相似的有机物还有很多，它们的碳原子之间都以碳碳单键结合成链状，剩余价键均与氢原子结合，这样的烃称为烷烃。

①分子式为C7H16，含有三个甲基的的烷烃可能结构有_____种

②烷烃CH3CH(C2H5)C(CH3)3的一氯代物有_____种，系统命名为_______。

Answer 1

【答案】CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O 0.005mol/L 0.0003mol/(L.s) AD 3 5 2，2，3—三甲基戊烷

【解析】

(1) 根据燃料电池原理及电解质组成分析书写电极反应式；(2) 运用三段式法根据反应速率表达式进行相关计算；根据平衡状态的本质及特征分析解答；(3) 根据甲基的数目判断支链的数目，根据碳链的异构分析解答；(4) 根据氢原子种类判断一氯取代物种类，运用系统命名法命名有机物。

(1) 碱性甲烷燃料电池中，甲烷作负极，发生氧化反应，生成CO32-，电极反应式为：CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O，故答案为：CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O；

(2) ① 恒容时，压强之比等于物质的量之比，则平衡时，气体总物质的量为0.11mol×2×=0.42mol，设平衡时甲烷的浓度为a则

a+a+(0.11-a)+ (0.11-a)×3=0.42mol，a=0.01mol，c(CH4)=，v(H2)=3 v(CH4)=，故答案为：0.005mol/L；0.0003mol/(L.s)；

②A. 该反应为气体体积增大的反应，容器为恒容，则气体总压强保持不变，说明各组分浓度保持不变，能说明反应达到平衡，故A选；

B. 反应前后气体总质量不变，气体体积恒定，则气体的密度始终保持不变，故B不选；

C. 单位时间消耗1molCH4的同时生成3molH2都表示正反应方向速率，不能说明反应达到平衡，故C不选；

D. 反应正方向为气体物质的量增大的过程，气体的总质量不变，则气体的平均摩尔质量保持不变，能说明反应达到平衡，故D选；

E. CO和H2的分子数之比为1:3，并不能说明浓度不在变化，故不能说明反应达到平衡，故E不选，故答案为：AD；

(3) ① 该烃结构式中含有3个甲基，则该烷烃只有1个支链，若支链为-CH3，主链含有6个碳原子，符合条件有：CH3CH(CH3)CH2CH2CH2CH3，CH3CH2CH(CH3)CH2CH2CH3；若支链为-CH2CH3，主链含有5个碳原子，符合条件有：CH3CH2CH(CH2CH3)CH2CH3；支链不可能大于3个碳原子，故符合条件的烷烃有3种，故答案为：3；

② CH3CH(C2H5)C(CH3)3中有5种不同化学环境的氢，则其一氯代物有5种，根据系统命名为2，2，3—三甲基戊烷，故答案为：5；2，2，3—三甲基戊烷。