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【题目】20171116日,国土资源部召开新闻发布会,宣布天然气水合物,即可燃冰新矿种获得国务院批准,成为我国第173个矿种。可燃冰主要成分的分子式是CH4·8H2O,一旦温度升高或压强降低,甲烷气就会逸出,固体水合物便趋于崩解。可燃冰将成为人类的后续能源。

(1)320 g可燃冰释放的甲烷完全燃烧生成液态水时,可放出1 780.6 kJ的能量,则表示甲烷燃烧热的热化学方程式是__________________

(2)CH4不仅是优质的气体燃料,还能利用它和CO2重整,发生反应:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),获得合成气(主要成分为CO、H2),从而减少温室气体的排放。在一定条件下CH4的平衡转化率与温度及压强(单位:Pa)的关系如图所示。则y点:v()____(“>”、“=”“<”,下同)v();压强:p1____p2;该反应的ΔH____0。

(3)在恒温、p2下,在一容积可变的容器中,达到平衡状态x时四种气体的物质的量均为1 mol,若此时再充入四种气体各1 mol,则平衡____(向左”、“向右”)移动。

(4)一定条件下,CH4还可与NO2反应,改善雾霾天气,其化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g),在恒温恒容下,下列可以判断该反应达到平衡状态的是____(填序号)。

a.v(N2)=2v(H2O)

b.混合气体的密度不再变化

c.混合气体的物质的量不再变化

d.单位时间内有1 mol NO2消耗同时消耗1 mol CO2

e.混合气体的平均相对分子质量不变

f.CH4CO2的物质的量之比不再发生变化

(5)在恒温恒容下,使1 mol CH4(g)2 mol NO2反应,达平衡后,再往反应器中分别充入下列气体,可以使CH4(g)+2NO2(g)CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)NO2转化率增大的是____(填序号)。

A.CH4               B.CO2

C.物质的量之比为1∶2CH4NO2  D.N2

(6)CH4还可以运用到电化学中,某课外小组用CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料作电极,电浮选凝聚法处理污水,设计如图所示装置。则甲烷 燃料电池的总反应式为______。为了使该燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定,电池工作时必须有部分A物质参加循环(如图),A物质的化学式是______

【答案】CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol1 cef A CH4+2O2CO2+2H2O CO2

【解析】

本题主要考查化学反应与能量变化以及化学平衡相关知识。

(1)320gCH4·8H2O可以释放出2molCH4,再根据燃烧热的定义解题;

(2)y点对应的甲烷转化率低于平衡时的转化率,反应应正向进行;该反应正向为气体体积增大的反应,减小压强,平衡正向移动,甲烷转化率增大;温度升高,甲烷转化率增大;

(3)恒温恒压条件下,同等增大各物质浓度,平衡不移动

(4)依据“变量不变则平衡”原则判断化学反应是否达到平衡;

(5)根据“等效平衡”及勒夏特列原理判断;

(6)甲烷燃烧电池总反应为甲烷与氧气反应生成二氧化碳和水;根据电池正负极电极反应式判断需循环的物质

(1)320g可燃冰可释放2mol甲烷,2mol甲烷完全燃烧放出1780.6kJ能量,则1mol甲烷完全燃烧放出890.3kJ能量,故甲烷燃烧热的热化学方程式为:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol1

(2)y点甲烷转化率低于平衡时甲烷转化率,故反应还需正向进行,故v()> v();该反应正向为气体体积增大的反应,减小压强,平衡正向移动,由p1p2,甲烷转化率降低,即增大了压强,故p1<p2;升高温度,甲烷转化率升高,升高温度,平衡向吸热方向移动,故该反应的ΔH>0;

(3)恒温恒压条件下,同等增大各物质浓度,平衡不移动

(4)a. 平衡时,2v(N2)=v(H2O),故a错误;

b.反应过程中,气体总质量不变,恒容条件下气体总体积不变,故气体密度始终不变,错误;

c.该反应反应过程中,混合气体的总物质的量不断发生改变,若混合气体的物质的量不再变化,则反应达到平衡,正确;

d.平衡时,单位时间内有2 mol NO2消耗同时消耗1 mol CO2,错误;

e.反应进行过程中,混合气体总物质的量发生改变,气体总质量不变,若混合气体的平均相对分子质量不变,则反应达到平衡状态,正确;

f.甲烷和二氧化碳属于可逆反应中不同反应方向的反应物,比值会随着反应的进行而改变,故当CH4CO2的物质的量之比不再发生变化,反应达到平衡状态;

(5)A.增大甲烷物质的量,NO2的转化率增大,正确;B. CO2为生成物,增大CO2的量,平衡逆向移动,NO2的转化率减小,错误;C.通入物质的量之比为12CH4NO2的混合气体,相当于压强增大,平衡逆向移动,NO2转化率降低,错误;D.N2为生成物,增大N2的浓度,平衡逆向移动,NO2转化率减小,错误。

(6)根据甲烷与氧气反应生成CO2H2O写出该总反应式为:CH4+2O2CO2+2H2O;该电池正极反应式为:负极反应式为:由此可知,物质ACO2

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甲同学认为酸性高锰酸钾溶液褪色,能证明乙烯被酸性高锰酸钾溶液氧化了;乙同学认为酸性高锰酸钾溶液褪色,不能证明乙烯被酸性高锰酸钾溶液氧化了。

(1)你认为哪个同学的观点正确? _____(填“甲”或“乙”),理由是_____ (填代号)。

A.(Ⅱ)瓶中酸性高锰酸钾溶液褪色,能证明乙烯发生了氧化反应

B.(Ⅱ)瓶中酸性高锰酸钾溶液褪色,能证明乙烯发生了加成反应

C.(Ⅱ)瓶中酸性高锰酸钾溶液褪色,不能证明通入的气体是纯净物

D.(Ⅱ)瓶中酸性高锰酸钾溶液褪色,只能证明通入的气体一定具有还原性

(2)丙同学取(Ⅱ)瓶中少量溶液于试管里,加入盐酸和氯化钡溶液,产生白色沉淀,他认为乙烯中一定混有二氧化硫,你认为他的结论是否可靠? _____(填“可靠”或“不可靠”);理由是_____________________。若你认为不可靠,改进上述实验方案,证明乙烯中是否含有SO2__________________

(3)丁同学对上述实验方案进行了适当改进,用于证明乙烯能否发生加成反应,他的改进方法可能是在装置(Ⅰ)和(Ⅱ)之间增加一个装有足量_____的洗气瓶且将(Ⅱ)瓶中溶液换成_____,发生反应的化学方程式为_________________

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A.B.C.D.

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