Question

氢气是一种清洁能源，氢气的制取与利用是氢能源领域的研究热点．
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）以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法．CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO₂（g）和H₂（g）的热化学方程式为

 

．
（2）H₂O的热分解也可得到H₂，高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图1所示．图中A、B表示的物质依次是

 

．

（3）电解尿素[CO（NH₂）₂]的碱性溶液制氢的装置示意图见图2（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）．电解时，阳极的电极反应式为

 

．
（4）上述方法制得的H₂可以和CO在一定条件下合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃）及许多烃类物质．当两者以物质的量1：1催化反应，其原子利用率达100%，合成的物质可能是

 

．
a．汽油        b．甲醇          c．甲醛          d．乙酸
（5）在一定温度和压强下，CO和H₂催化合成二甲醚的反应为：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）若一体积可变的密闭容器中充入3molH₂、3molCO、1mol CH₃OCH₃、1molCO₂，经一定时间达到平衡，并测得平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍．则反应开始时正、逆反应速率的大小：v（正）

 

v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”），理由是

 

平衡时n（CH₃OCH₃）=

 

mol．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,产物的百分含量随浓度、时间的变化曲线,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据盖斯定律计算反应热，据此书写该热化学反应方程式；
（2）由图可知，水的分解化学键断裂先生成H原子与O原子，氢原子结合生成氢气，氧原子结合生成氧气，由水的分子式可知氢原子物质的量是氧原子2倍，据此判断；
（3）由图可知，CO（NH₂）₂在阳极放电生成N₂，C元素价态未变化，故还有碳酸钾生成与水生成；
（4）两者以物质的量1：1催化反应，其原子利用率达100%，根据原子守恒确定生成物；
（5）（3））①平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，说明混合气体总的物质的量减小，反应向正反应方向进行；
②设平衡时CH₃OCH₃的物质的量变化量为xmol，利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，由平衡时密度可知，平衡后混合气体的物质的量为起始时的

1

1.6

，据此列方程计算解答；
③化学平衡的标志是正逆反应速率相同，个组分含量保持不变分析判断选项；

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，
由盖斯定律可知，①×2-②可得CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g），
其反应热△H=（+206.2kJ?mol^-1）×2-（+247.4kJ?mol^-1）=+165.0 kJ?mol^-1，
即热化学方程式为CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1；
（2）由图可知，水的分解化学键断裂先生成H原子与O原子，氢原子结合生成氢气，氧原子结合生成氧气，由水的分子式可知氢原子物质的量是氧原子2倍，故A为氢原子、B为氧原子，
故答案为：氢原子、氧原子；
（3）由图可知，CO（NH₂）₂在阳极放电生成N₂，C元素价态未变化，故还有碳酸钾生成与水生成，电极反应式为CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，
故答案为：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；
（4）两者以物质的量1：1催化反应，其原子利用率达100%，根据原子守恒知生成物为CH₂O或C₂H₄O₂，即：甲醛或乙酸（或甲酸甲酯），故选cd．
（5））①平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，同温同压下体积缩小密度增大，正反应方向混合气体总的物质的量减小，故反应向正反应方向进行，故反应速率V（正）＞V（逆），
故答案为：＞；同温同压下体积缩小密度增大，反应正向进行混合气体总的物质的量减小；
②由平衡时密度可知，平衡后混合气体的物质的量为起始时的

1

1.6

，平衡时总物质的量为（3mol+3mol+1mol+1mol）×

1

1.6

=5mol，
设平衡时CH₃OCH₃的物质的量变化量为xmol，则：
            3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
开始（mol）：3       3          1          1
变化（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
故平衡时n（CH₃OCH₃）=1mol+0.75mol=1.75mol，
故答案为：1.75mol．

点评：本题考查反应热计算、化学平衡影响因素、化学平衡计算等，难度中等，注意判断起始与平衡时混合气体总物质的量关系．