甲烷作为天然气、页岩气、可燃冰的主要成分，拥有最稳定的烷烃分子结构，具有高度的四面体对称性...

甲烷作为天然气、页岩气、可燃冰的主要成分，拥有最稳定的烷烃分子结构，具有高度的四面体对称性，极难在温和的条件下对其活化。因此，甲烷的选择活化和定向转化一直是世界性的难题。我国科学家经过长达6年的努力，研制成功一系列石墨烯限域的3d过渡金属中心(Mn、Fe、Co、Ni、Cu)催化剂材料，在室温条件下以H2O2为氧化剂直接将甲烷氧化成C1（只含一个C原子）含氧化合物，被业内认为是甲烷化学领域的重要突破。请回答下列问题：

(1)Cu原子基态原子的外围电子排布式为____________。

(2)石墨烯限域单原子铁能活化CH4分子中的C－H键，导致C与H之间的作用力_____(减弱”或“不变”)。铁晶体中粒子之间作用力类型是__________________。

(3)常温下，H2O2氧化CH4生成CH3OH、HCHO、 HCOOH等。

①它们的沸点分别为64.7、－195℃、100.8℃，其主要原因是_________________；

②CH4 和HCHO比较，键角较大的是_________，主要原因是_____________。

(4)配离子的颜色与d－d电子跃迁的分裂能大小有关，1个电子从较低的d轨道跃迁到较高能量的轨道所需的能量为的分裂能，用符号△表示。分裂能△[Co(H2O)62+]_____________△[Co(H2O)63+](填“>”“<”或“=”)，理由是_________________。

(5)钴晶胞和白铜(铜镍合金)晶胞分别如图1、图2所示。

①钴晶胞堆积方式的名称为____________；

②已知白铜晶胞的密度为dg·cm－3 ，NA代表阿伏加德罗常数的值。图2晶胞中两个面心上铜原子最短核间距为_____________pm(列出计算式)。

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科学研究发现,具有高度对称性的有机分子具有致密性高,稳定性强,张力能大等特点,因此这些分子成为2014年化学界关注的热点,下面是几种常见高度对称烷烃的分子碳架结构：

这三种烷烃的二氯取代产物的同分异构体数目是

A．2种 4种　 8种　　　　 B．2种 4种　 6种

C．1种 3种　 6种　　　　 D．1种 3种 8种

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科学研究发现，具有高度对称性的有机分子具有致密性高，稳定性强，张力能大等特点，因此这些分子成为2014年化学界关注的热点，下面是几种常见高度对称烷烃的分子碳架结构这三种烷烃的二氯取代产物的同分异构体数目是（　　 ）

A．2种　 4种　 8种

B．2种　 4种　 6种

C．1种　 3种　 6种

D．1种　 3种　 8种

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能源是人类共同关注的重要问题。页岩气是从页岩层中开采出来的一种非常重要的天然气资源，页岩气的主要成分是甲烷，是公认的洁净能源。

（1）页岩气不仅能用作燃料，还可用于生产合成气(CO和H2)。CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应 CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H1

已知：①CH4、H2、CO 的燃烧热（△H）分别为-a kJ•mol-1、-b kJ•mol-1、-c kJ•mol-1；

②H2O (l) =H2O(g)； △H=+dkJ•mol-1

则△H1= ___________（用含字母a、b、c、d的代数式表示）kJ•mol-1。

（2）用合成气生成甲醇的反应为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　 △H2，在10L恒容密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如下图所示，200℃时n(H2)随时间的变化如下表所示：

①△H2_________ (填“>”“<”或“ = ”)0。

②下列说法正确的是____________ (填标号）。

a.温度越高，该反应的平衡常数越大

b.达平衡后再充入稀有气体，CO的转化率提高

c.容器内气体压强不再变化时，反应达到最大限度

d.图中压强p1<p2

③ 0〜3 min内用CH3OH表示的反应速率v(CH3OH)=________mol • L-1·min-1。

④ 200℃时，该反应的平衡常数K =_______。向上述200℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH，保持温度不变，则化学平衡____________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。

（3）甲烷、氧气和KOH溶液可组成燃料电池。标准状况下通入5.6 L甲烷，测得电路中转移1.2 mol电子，则甲烷的利用率为_________。

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能源是人类共同关注的重要问题。页岩气是从页岩层中开采出来的一种非常重要的天然气资源，页岩气的主要成分是甲烷，是公认的洁净能源。

（1）页岩气不仅能用作燃料，还可用于生产合成气(CO和H2)。CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应 CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H1

已知：①CH4、H2、CO 的燃烧热（△H）分别为-a kJ•mol-1、-b kJ•mol-1、-c kJ•mol-1；

②H2O (l) =H2O(g)； △H=+dkJ•mol-1

则△H1= ___________（用含字母a、b、c、d的代数式表示）kJ•mol-1。

（2）用合成气生成甲醇的反应为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　 △H2，在10L恒容密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如下图所示，200℃时n(H2)随时间的变化如下表所示：

①△H2_________ (填“>”“<”或“ = ”)0。

②下列说法正确的是____________ (填标号）。

a.温度越高，该反应的平衡常数越大

b.达平衡后再充入稀有气体，CO的转化率提高

c.容器内气体压强不再变化时，反应达到最大限度

d.图中压强p1<p2

③ 0〜3 min内用CH3OH表示的反应速率v(CH3OH)=________mol • L-1·min-1。

④ 200℃时，该反应的平衡常数K =_______。向上述200℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH，保持温度不变，则化学平衡____________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。

（3）甲烷、氧气和KOH溶液可组成燃料电池。标准状况下通入5.6 L甲烷，测得电路中转移1.2 mol电子，则甲烷的利用率为_________。

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页岩气是从页岩层中开采出来的一种非常重要的天然气资源，页岩气的主要成分是甲烷，是公认的洁净能源。　

(1)页岩气不仅能用作燃料，还可用于生产合成气(CO+H2)。CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应：CH4(g)+ H2O(g)═CO(g)+3H2(g)　ΔH。

已知：①CH4、H2、CO的燃烧热分别为a 、b 、c (a、b、c均大于0)；

②水的汽化热为+d (d >0)。则ΔH=__________ (用含a、b、c、d的代数式表示)。

(2)用合成气制甲醇的反应为2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)　ΔH，在10 L的恒容密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示。

①ΔH________(填“>”“<”或“=”)0。

②写出两条可同时提高反应速率和CO的转化率的措施：_______、_____。

③下列说法正确的是___________(填序号)。

A．温度越高，该反应的平衡常数越大

B．达平衡后再充入稀有气体，CO的转化率提高

C．体系内气体压强不再变化时，反应达到平衡状态

D．图中压强p1<p2

④200 ℃时，n(H2)随时间的变化如表所示，3 min时反应刚好达到平衡状态，请利用表中的数据计算0~3 min内v(CH3OH)=_______。

⑤200℃时该反应的平衡常数K=____________。向上述200 ℃的平衡体系中再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH，保持温度不变，则平衡_______(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。

(3)甲烷、氧气和KOH溶液可组成燃料电池。标准状况下通入5.6 L甲烷时，测得电路中转移1.96 mol电子，则甲烷的利用率为________。

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页岩气是从页岩层中开采出来的一种非常重要的天然气资源，页岩气的主要成分是甲烷，是公认的洁净能源。

（1）页岩气不仅能用作燃料，还可用于生产合成气(CO和H2)。CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应 CH4(g) + H2O(g)==CO(g)+3H2(g)　　 △H1

已知：

①CH4、H2、CO 的燃烧热（△H）分别为-a kJ•mol-1、-b kJ•mol-1、-c kJ•mol-1；

②H2O(l)　　 =H2O(g)　 △H=+dkJ•mol-1

则△H1=　　 ___________（用含字母a、b、c、d的代数式表示）kJ•mol-1。

（2）用合成气生成甲醇的反应为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　 △H2，在10 L恒容密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如右图所示，200℃时n(H2)随时间的变化如下表所示：

①△H2_________(填“>”“<”或“ = ”)0。

②写出两条可同时提高反应速率和CO转化率的措施：________________________　　 。

③下列说法正确的是____________(填标号）。

a.温度越高，该反应的平衡常数越大

b.达平衡后再充入稀有气体，CO的转化率提高

C.容器内气体压强不再变化时，反应达到最大限度

D.图中压强p12

④0〜3 min内用CH3OH表示的反应速率v(CH3OH)=_________mol • L-1·min-1。

⑤200℃时，该反应的平衡常数K =_______。向上述200℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH，保持温度不变，则化学平衡____________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。

（3）甲烷、氧气和KOH溶液可组成燃料电池。标准状况下通入5.6 L甲烷，测得电路中转移1.2 mol电子，则甲烷的利用率为________________。

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页岩气是从页岩层中开采的一种非常重要的天然气资源,页岩气的主要成分是甲烷,是公认的洁净能源。

（1）页岩气不仅能用作燃料,还可用于生产合成气(CO和H2)。CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器,发生反应CH4(g)+H2O(g) = CO(g)+3H2(g)　ΔH1。已知:CH4、H2、CO的燃烧热(ΔH)分别为-a kJ·mol-1、-b kJ·mol-1、-c kJ·mol-1;H2O(l)=H2O(g)　ΔH=+d kJ·mol-1。

则ΔH1=______________(用含字母a、b、c、d的代数式表示)kJ·mol-1。

（2）用合成气生成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2,在10 L恒容密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2,测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示:

200 ℃时n(H2)随时间的变化如下表所示:

①ΔH2____(填“>”“<”或“=”)0。

②写出两条可同时提高反应速率和CO转化率的措施:_____。

③下列说法正确的是____(填字母)。

a.温度越高,该反应的平衡常数越大

b.达平衡后再充入稀有气体,CO的转化率提高

c.容器内气体压强不再变化时,反应达到最大限度

d.图中压强:p1<p2

④0~3 min内用CH3OH表示的反应速率v(CH3OH)=____mol·L-1·min-1。

⑤200 ℃时,该反应的平衡常数K=____。向上述200 ℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2 mol CO、4 mol H2、2 mol CH3OH,保持温度不变,则化学平衡____(填“正向”“逆向”或“不”)移动。

（3）甲烷、氧气和KOH溶液可组成燃料电池。标准状况下充入5.6 L甲烷,测得电路中转移1.2 mol电子,则甲烷的利用率为____。

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2017年11月16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）将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(正)____(填“>”、“＝”或“<”，下同)v(逆)；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____(填“向左”、“向右”或“不”)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逆(N2)＝2v正(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．CH4与CO2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)与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)中NO2转化率增大的是____(填序号)。

A．CH4　　　　　　　　　　　　 B．CO2

C．物质的量之比为1∶2的CH4与NO2　　　 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______。

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