2017年5月18日国土资源部中国地质调查局宣布，我国正在南海北部神孤海域进行的可燃冰试采...

2017年5月18日国土资源部中国地质调查局宣布，我国正在南海北部神孤海域进行的可燃冰试采获得成功，这也标志着我国成为全球第一个实现了在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。可燃冰中甲烷含虽为80％～99.9%，甲烷的用途很广，可用来作为燃料及制造氢气、一氧化碳、甲醇等物质的原料。

回答下列问题：

（l）甲烷可用作燃料。右图是lmolCH4在O2充分燃烧生成CO2气体与水蒸气过程中能量变化示意图，已知H2O(l)=H2O(g) △H＝+44.0kJ/mol，则1molCH4在O2充分燃烧生成CO2气体与液态水的热化学方程式为_________。

（2）甲烷可以合成甲醇来代替日益供应紧张的燃油。工业上用甲烷为原料制备甲醇分为两个阶段：

① 制备合成气：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。在恒温恒容的密闭容器中，下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态依据的是______（填标号）。

a.v(CH4)正=3v(H2)逆

b．混合气体的密度不发生变化

c．容器内混合气体的总压强不发生变化

d．混合气体的平均摩尔质且不发生变化

② 合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。实验室在恒温（500℃）、恒容（1L）密闭容器中进行模拟合成实验。将lmolCO和2molH2通入容器中，l0min、40min、50min时分别测得容器中甲醇的浓度为0.60mol/L、0.80mol/L、0.80mol/L。则此条件下该反应开始10min内，H2的平均反应速率为_______；平衡常数K的数值为________。

（3）甲烷可以用作如图燃料电池的燃料。

① 负极的电极反应式为_______。

② 常温下,用此电池电解0.5L饱和食盐水（足量），若两极（均为惰性电极）共生成气体l.12L （已折算为标准状况下的体积），则电解后溶液的pH为_______（忽略溶液的体积变化）。

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2017年5月18日，中国国土资源部地质调查局宣布，我国在南海进行的可燃冰试采获得成功，成为全球第一个海域试采可燃冰成功的国家，可燃冰即天然气水合物，甲烷含量占80%至99.9%。化工生产中用甲烷和水蒸气反应得到以CO和H2为主的混合气体，这种混合气体可用于生产甲醇或合成氨，回答下列问题:

(1)对甲烷而言，有如下两个主要反应:

①CH4(g)+1/2O2(g)=CO(g)+2H2(g) △H1 =-36kJ·mol-1

②CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H2 =+216kJ·mol-1

若不考虑热量耗散，物料转化率均为100%，最终炉中出来的气体只有CO、H2，为维持热平衡，每生产lmolCO，转移电子的数目为__________。

(2)甲醇是一种用途广泛的化工原料，工业上常用下列两种反应制备甲醇:

CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)　　　　　　　　　 △H1 =-90kJ·mol-1 　 K1

CO2(g)+3H2(g)= CH3OH(g)+H2O(l)　　　　 △H2　　　　　　　　　 K2

己知: CO(g)+H2O(g)= CO2(g)+H2(g)　　 △H3 =-41.1kJ·mol-1 　 K3

H2O(l)=H2O(g)　　　　　　　　　　　　　　　 △H4 =+44.0kJ·mol-1 　 K4

则△H2=______　　　 K2=_______ (用含K1、K3、K 4的代数式表示)

(3)在一恒温恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2模拟工业合成甲醇的反应:CO2(g)十3H2(g) CH3OH(g)十H2O(g)

①下列能说明该反应已达到平衡状态的是______________________。

A.混合气体平均相对分子质量不变　　 B.混合气体密度不变

C.容器内压强恒定不变　　　　　　　　　 D.反应速率满足以下关系:V正(CO2)=3V逆(H2)

E.CO2、H2、CH3OH、H2O物质的量浓度之比为1:3:1:1

F.单位时间内断裂3NAH-H键的同时形成2molH-O键

②模拟过程中测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图所示，若此时容器内压强为P，则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数KP为_____________(用含P的代数式表示，数值保留两位小数)，若此时再向容器内充入0.25molCO2和0.25molCH3OH的混合气体，则平衡______(填“正向“逆向“不”)移动。(已知:气体分压=气体总压×体积分数)

(4)甲醇可在电解银催化作用下制甲醛，从贵金属阳极泥中可提取“粗银”“粗银”(含Ag、Cu、Au)可用电解槽电解精炼，纯银作阴极，采用AgNO3和稀HNO3的混合液作电解液，阴极的主要电极反应式为_____。阴极还有少量副反应发生，产生的气体遇空气迅速变为红棕色，该副反应的电极反应式为_______。硝酸浓度不能过大，其原因是___________________________________________。

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我国在南海北部神弧海域进行的可燃冰试采成功，这标志着我国成为全球第一个实现了在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。可燃冰主要成分是甲烷，可以用作燃料和制氢原料。甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸气重整两个过程。发生的主要反应如下：

下列说法不正确的是

A.CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）　 ΔH＝＋41.2kJ·mol-1

B.反应Ⅱ逆反应活化能Ea＝78.9kJ·mol-1

C.初始阶段：甲烷氧化的速率大于甲烷蒸气重整的速率

D.甲烷自热重整方法的突出优点是能量循环利用

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化学在能源开发与利用中起着十分重要的作用。

（1）蕴藏在海底的可燃冰是高压下形成的外观像冰的甲烷水合物固体。2017年我国在南海北部进行的可燃冰采取试验获得成功，标志着我国成为第一个实现在海域可燃冰试开采中获得连续稳定燃气的国家。已知：25℃、101 kPa下，1 g甲烷完全燃烧生成CO2和液态水时放热55.6kJ。甲烷燃烧的热化学方程式为_____________。相同条件下，356 g可燃冰(分子式为CH4·9H2O，Mr= 178 )释放的甲烷气体完全燃烧生成CO2和液态水，放出的热量为_____kJ。

（2）二甲醚(CH3OCH3)是无色气体，可作为一种新型能源，具有清洁、高效的优良性能。由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：

甲醇合成反应：（i）CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)  △H1=-90.1 kJ/ mol

（ii）CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)  △H2=-49.0kJ/ mol

水煤气变换反应： (iii) CO(g)+ H2O(g) CO2(g) + H2(g)   △H3=-41.1kJ/mol

二甲醚合成反应：(iv) 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)　 △H4= -24.5kJ/ mol

①分析二甲醚合成反应(iv)对于CO转化率的影响____________________。

②由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为：______________。 根据化学反应原理，分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响__________________________。

（3）二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点。若电解质为碱性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为____ ，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生______个电子的电量。

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据报道，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰（甲烷的水合物)试采获得成功。甲烷是一种重要的化工原料。

（1）甲烷重整是提高甲烷利用率的重要方式，有以下三种：

部分氧化：　 CH4(g)+1/2O2(g) CO(g)+2H2(g)　　 ΔH1= —35.9kJ·mol-1 ①

水蒸气重整：CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　　 ΔH2=+205.9kJ·mol-1　　 ②

CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　　　 ΔH3= —41.2kJ·mol-1 　 ③

二氧化碳重整：CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)　　 ΔH4 　　 ④

则反应②自发进行的条件是________________，ΔH4 =_____________kJ·mol-1。

（2）起始向密闭容器中充入一定量的CH4(g)和O2(g)，发生反应①。CH4(g)的平衡转化率与温度（T）和压强（P）的关系如图所示。

①N、P两点的平衡常数：K(N)_______K(P)（填“＞”“＜”或“=”）,理由是_____________。

②M、N两点的H2的物质的量浓度c(M)____c(N)（填“＞”“＜”或“=”）。

（3）合成气CO和H2在一定条件下能发生如下反应：CO(g) +2H2(g) CH3OH(g)。在容积均为V L的甲、乙、丙三个密闭容器中分别充入amol CO和2a mol H2，三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图所示，此时三个容器中一定处在化学平衡状态的是_________（填“T1”或“T2” 或“T3”）；该温度下的化学平衡常数为___________（用a、V表示）。

（4）光能储存一般是指将光能转换为电能或化学能进行储存，利用太阳光、CO2、H2O生成甲醇的光能储存装置如图所示，制备开始时质子交换膜两侧的溶液质量相等。则b极的电极反应式为_________。

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据报道，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰（甲烷的水合物)试采获得成功。甲烷是一种重要的化工原料。

(1)甲烷重整是提高甲烷利用率的重要方式，有以下三种：

部分氧化：CH4(g)+ O2(g)CO(g)+2H2(g)　　 ΔH1=-35.9kJ·mol-1 ①

水蒸气重整：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　　 ΔH2=205.9kJ·mol-1　　　 ②

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　　　　　　　　　　　 ΔH3=-41.2kJ·mol-1 　 ③

二氧化碳重整：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　　 ΔH4 　　 ④

则：反应②自发进行的条件是________________，ΔH4 =_____________kJ·mol-1。

(2)水蒸汽重整是较为传统的甲烷制氢途径。在Fe2O3-Ni-gel催化下，CH4和H2O的混合气体进行反应，测得气体的成分随温度、压强、S/C (水蒸气和甲烷的体积比）的变化分别如图1、图2、图3所示：

①下列说法正确的是____________。

A.800℃~1000℃，CO2体积分数减小，原因是温度升高抑制了反应③

B.温度升高对氢气的生成有促进作用，温度越高，氢气的产率也越大

C.随着压强的增大，CH4的平衡转化率增大

D.其他条件相同时，将S/C由1增加至3，可提高CH4的平衡转化率及CO2和CO的体积分数

②综合考虑，甲烷水蒸汽重整制氢合适的温度是_____________、压强是______________。

(3)对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(CB)也可表示平衡常数(记作KP)。请在下图画出反应①KP1随温度变化的趋势曲线。___________

(4)以多孔石墨为阳极，以NaCl和NaOH的混合溶液作电解液，用电解法由甲烷制取甲醇。写出阳极的电极反应式：______________。

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据报道，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰（甲烷的水合物)试采获得成功。甲烷是一种重要的化工原料。

（1）甲烷重整是提高甲烷利用率的重要方式，有以下三种：

部分氧化：CH4(g)+ O2(g)CO(g)+2H2(g)　　 ΔH1=-35.9kJ·mol-1 ①

水蒸气重整：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　　 ΔH2=+205.9kJ·mol-1　 ②

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　　　 ΔH3=-41.2kJ·mol-1 　 ③

二氧化碳重整：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　　 ΔH4 　　 ④

则反应②自发进行的条件是________________，ΔH4 =_____________kJ·mol-1。

（2）起始向密闭容器中充入一定量的CH4(g)和O2(g)，发生反应①。CH4(g)的平衡转化率与温度（T）和压强（P）的关系如图所示。

①N、P两点的平衡常数：K(N)_______K(P)（填“＞”“＜”或“=”）,理由是____________________________。

②M、N两点的H2的物质的量浓度c(M)__________c(N)（填“＞”“＜”或“=”）。

（3）合成气CO和H2在一定条件下能发生如下反应：CO(g) +2H2(g)CH3OH(g)。在容积均为V L的甲、乙、丙三个密闭容器中分别充入amol CO和2a mol H2，三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图所示，此时三个容器中一定处在化学平衡状态的是_________（填“T1”或“T2” 或“T3”）；该温度下的化学平衡常数为____________________（用a、V表示）。

（4）光能储存一般是指将光能转换为电能或化学能进行储存，利用太阳光、CO2、H2O生成甲醇的光能储存装置如图所示，制备开始时质子交换膜两侧的溶液质量相等。则b极的电极反应式为___________________；当电路中有3mol电子转移时，质子交换膜两侧溶液相差_________g

。

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Ⅰ．据报道，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰（甲烷的水合物)试采获得成功。甲烷是一种重要的化工原料。

（1）甲烷重整是提高甲烷利用率的重要方式，除部分氧化外还有以下二种：

水蒸气重整：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　　 ΔH1=+205.9kJ·mol-1　　 ①

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　　　 ΔH2=－41.2kJ·mol-1 ②

二氧化碳重整：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　 ΔH3 　　 ③

则反应 ①自发进行的条件是________________，ΔH3 =_____________kJ·mol-1。

Ⅱ．氮的固定一直是科学家研究的重要课题，合成氨则是人工固氮比较成熟的技术，其原理为N2 (g)+3H2 (g)2NH3(g)　　

（2）在不同温度、压强和相同催化剂条件下，初始时N2、H2分别为0.1mol、0.3mol时，平衡后混合物中氨的体积分数（φ）如下图所示。

①其中，p1、p2和p3由大到小的顺序是________，其原因是_________________。

②若分别用vA(N2)和vB(N2)表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率，则vA(N2)______ vB(N2)（填“>”“<”或“=”）

③若在250℃、p1为105Pa条件下，反应达到平衡时容器的体积为1L，则该条件下B点N2的分压p(N2)为_________Pa (分压=总压×物质的量分数，保留一位小数)。

Ⅲ．以连二硫酸根(S2O42－)为媒介，使用间接电化学法也可处理燃煤烟气中的NO，装置如图所示：

①阴极区的电极反应式为_____________________________。

②NO吸收转化后的主要产物为NH4+，若通电时电路中转移了0.3mole－，则此通电过程中理论上吸收的NO在标准状况下的体积为_______mL。

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Ⅰ．据报道，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰（甲烷的水合物)试采获得成功。甲烷是一种重要的化工原料。

（1）甲烷重整是提高甲烷利用率的重要方式，除部分氧化外还有以下二种：

水蒸气重整：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　　 ΔH1=+205.9kJ·mol-1　　 ①

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　　　 ΔH2=－41.2kJ·mol-1 ②

二氧化碳重整：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　 ΔH3 　　 ③

则反应 ①自发进行的条件是________________，ΔH3 =_____________kJ·mol-1。

Ⅱ．氮的固定一直是科学家研究的重要课题，合成氨则是人工固氮比较成熟的技术，其原理为N2 (g)+3H2 (g)2NH3(g)　　

（2）在不同温度、压强和相同催化剂条件下，初始时N2、H2分别为0.1mol、0.3mol时，平衡后混合物中氨的体积分数（φ）如下图所示。

①其中，p1、p2和p3由大到小的顺序是________，其原因是_________________。

②若分别用vA(N2)和vB(N2)表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率，则vA(N2)______ vB(N2)（填“>”“<”或“=”）

③若在250℃、p1为105Pa条件下，反应达到平衡时容器的体积为1L，则该条件下B点N2的分压p(N2)为_________Pa (分压=总压×物质的量分数，保留一位小数)。

Ⅲ．以连二硫酸根(S2O42－)为媒介，使用间接电化学法也可处理燃煤烟气中的NO，装置如图所示：

①阴极区的电极反应式为_____________________________。

②NO吸收转化后的主要产物为NH4+，若通电时电路中转移了0.3mole－，则此通电过程中理论上吸收的NO在标准状况下的体积为_______mL。

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Ⅰ.据报道，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰(甲烷的水合物)试采获得成功。甲烷是一种重要的化工原料。

(1)甲烷重整是提高甲烷利用率的重要方式，除部分氧化外还有以下两种：

水蒸气重整：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)　ΔH1＝＋205.9 kJ·mol－1　 ①

CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1　②

二氧化碳重整：CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)　ΔH3　③

则反应①自发进行的条件是______________，ΔH3＝______________kJ·mol－1。

Ⅱ.氮的固定一直是科学家研究的重要课题，合成氨则是人工固氮比较成熟的技术，其原理为N2 (g)＋3H2 (g) 2NH3(g)。

(2)在不同温度、压强和相同催化剂条件下，初始N2、H2 分别为0.1 mol、0.3 mol时，平衡后混合物中氨的体积分数(φ)如下图所示。

①其中，p1、p2 和p3 由大到小的顺序是______________________________，其原因是__________________________________________________________________。

②若分别用vA(N2)和vB(N2)表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率，则vA(N2)________vB(N2)(填“>”“<”或“＝”)。

③若在250 ℃、p1 为105 Pa条件下，反应达到平衡时容器的体积为1 L，则该条件下B点N2 的分压p(N2)为_____________________Pa (分压＝总压×物质的量分数，保留一位小数)。

Ⅲ.以连二硫酸根(S2O)为媒介，使用间接电化学法也可处理燃煤烟气中的NO，装置如图所示：

(3)①阴极区的电极反应式为_________________________________。

②NO吸收转化后的主要产物为NH，若通电时电路中转移了0.3 mol e－，则此通电过程中理论上吸收的NO在标准状况下的体积为________mL。

Ⅳ、常温下,将a mol·L-1的醋酸与b mol·L-1Ba(OH)2 溶液等体积混合,充分反应后,溶液中存在2c(Ba2+)=c(CH3COO-),则该混合溶液中醋酸的电离常数Ka=___________(用含a和b的代数式表示)。

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