甲烷广泛存在于天然气、沼气、煤矿坑气之中,是优质的气体燃料,更是制造许多化工产品的重要原料...

甲烷广泛存在于天然气、沼气、煤矿坑气之中,是优质的气体燃料,更是制造许多化工产品的重要原料。

Ⅰ．制取氢气

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）请写出CH4（g）与H2O（g）反应生成CO2（g）和H2（g）的热化学方程式___________________

（2）若将0.1mol CH4和0.1mol H2O（g）通入体积为10L的密闭容器里，在一定条件下发生反应：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）,CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图

①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率_________；

②该反应的化学平衡常数___________________；

③图中的p1　 　　　　 　 p2（填“＜”、“＞”或“=”）；

Ⅱ．制备甲醇

（3）在压强为0.1MPa条件下，将a mol CO与3amol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）　 △H＜0。若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是________；

A．升高温度

B．再充入1mol CO和3mol H2

C．将CH3OH（g）从体系中分离

D．充入He，使体系总压强增大

E．使用更高效的催化剂

Ⅲ．合成乙酸

（4）甲烷直接合成乙酸具有重要的理论意义和应用价值。光催化反应技术使用CH4和　　 　　 　　 （填化学式）直接合成乙酸，且符合“绿色化学”的要求（原子利用率100℅）。

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天然气既是高效洁净的能源，又是重要的化工原料，在生产、生活中用途广泛。

（1）已知25℃、101kPa时，1g甲烷不完全燃烧生成CO和液态水时放出37.96kJ热量，则该条件下反应2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l)的ΔH=___kJ·mol-1。

（2）甲烷可以消除氮氧化物污染。如：CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)。下列措施能够使该反应速率加快的是___。

a.使用催化剂　　　 b.降低温度　　　 c.及时分离水

（3）甲烷可直接应用于燃料电池，该电池采用可传导O2-的固体氧化物为电解质，其工作原理如图所示：

①外电路电子移动方向：___。（填“a极到b极”或“b极到a极”）。

②a极电极反应式为___。

③若燃料电池消耗的空气在标准状况下的体积是22.4L（假设空气中O2体积分数为20%），则理论上消耗甲烷___mol。

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氢气既是一种优质的能源，又是一种重要化工原料，高纯氢的制备是目前研究的热点。

(1)甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，甲烷和水蒸气反应的热化学方程式：CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ·mol-1。

已知反应器中存在如下反应过程式：

Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)　　 ΔH1=+206. 4 kJ. mol-1

Ⅱ.CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)　　 ∆H2=___。

(2)某温度下，4molH2O和1 mol CH4在体积为2L的刚性容器内同时发生反应I、Ⅱ，反应达到平衡时，体系中n(CO)=bmol、n(CO2)=dmol，则该温度下反应I的平衡常数K的值为_____用含字母b、d的代数式表示)

(3)欲增大CH4转化为H2的平衡转化率，可采取的措施有_____(填标号)。

A.适当增大反应物的投料比n(H2O)：n(CH4)

B.增大压强

C.分离出CO2

(4)H2用于工业合成氨：N2+3H2 2NH3.将n(N2)：n(H2)=1:3的混合气体，匀速通过装有催化剂的反应器中反应，反应器的温度变化与从反应器排出的气体中NH3的体积分数φ(NH3)的关系曲线如图，反应器温度高于T0后，NH3的体积分数g(NH3)随温度的升高而减小的原因是____。

某温度下，n(N2)：n(H2)=1:3的混合气体在刚性容器内发生反应，起始时气体总压为p0Pa，平衡时气体总压为0.9p0Pa，则H2的转化率为____，气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数，用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学反应平衡常数(记作Kp)，则此温度下，该反应的化学平衡常数Kp=_____(用含p0的代数式表示)。

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氢气既是一种优质的能源，又是一种重要化工原料，高纯氢的制备是目前研究的热点。

(1)甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，甲烷和水蒸气反应的热化学方程式：CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ·mol-1。

已知反应器中存在如下反应过程式：

Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)　　 ΔH1=+206. 4 kJ. mol-1

Ⅱ.CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)　　 ∆H2=___。

(2)某温度下，4molH2O和1 mol CH4在体积为2L的刚性容器内同时发生反应I、Ⅱ，反应达到平衡时，体系中n(CO)=bmol、n(CO2)=dmol，则该温度下反应I的平衡常数K的值为_____用含字母b、d的代数式表示)

(3)欲增大CH4转化为H2的平衡转化率，可采取的措施有_____(填标号)。

A.适当增大反应物的投料比n(H2O)：n(CH4)

B.增大压强

C.分离出CO2

(4)H2用于工业合成氨：N2+3H2 2NH3.将n(N2)：n(H2)=1:3的混合气体，匀速通过装有催化剂的反应器中反应，反应器的温度变化与从反应器排出的气体中NH3的体积分数φ(NH3)的关系曲线如图，反应器温度高于T0后，NH3的体积分数g(NH3)随温度的升高而减小的原因是____。

某温度下，n(N2)：n(H2)=1:3的混合气体在刚性容器内发生反应，起始时气体总压为p0Pa，平衡时气体总压为0.9p0Pa，则H2的转化率为____，气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数，用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学反应平衡常数(记作Kp)，则此温度下，该反应的化学平衡常数Kp=_____(用含p0的代数式表示)。

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用途广泛，是最重要的化工产品之一，请回答下列问题：

（1）以甲烷为原料可制得合成氨气用的氢气。图1是一定温度、压强下，CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和1mol H2(g)的能量变化示意图，写出该反应的热化学方程式_______________(△H用E1、E2、E3表示)。

（2）已知合成氨反应的平衡常数K值和温度的关系如下：

①由上表数据可知该反应为放热反应，理由是_______________；

②400°C时，测得某时刻氨气、氮气、氢气的物质的量浓度分别为3mol•L-1、2mol•L-1、1mol•L-1时，此时刻该反应的v正(N2)_______________v逆(N2)(填“＞”、“＜”或“=”)。

（3）①在25℃下，将a mol•L-1的氨水与0.1mol•L-1的盐酸等体积混合，当溶液中c(NH4+)=c(Cl-)，用含a的代数式表示NH3•H2O的电离常数Kb=_______________；

②向25mL 0.10mol•L-1的盐酸中滴加氨水至过量，该过程中离子浓度大小关系一定不正确的是_______________(填字母序号)．

a．c(Cl-)＞c(H+)＞c(NH4+)＞c(OH-)　　　　　 b．c(Cl-)＞c(NH4+)=c(H+)＞c(OH-)

c．c(NH4+)＞c(OH-)＞c(Cl-)＞c(H+)　　　　　 d．c(OH-)＞c(NH4+)＞c(H+)＞c(Cl-)

（4）瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨-液氧燃料电池示意图如图所示，电极1发生的电极反应式为_______________。

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甲烷是优良的气体燃料和重要的化工原料。光照条件下，可与CH4发生取代反应的是

A. 氯气　　 B. 溴水　　 C. 氧气　　 D. 酸性KMnO4酸钾

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氨为重要化工原料，有广泛用途。

(1)合成氨中的氢气可由下列反应制取:

a．CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=＋216.4kJ/mol

b．CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H=－41.2kJ/mol

则反应CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=_____________kJ/mol

(2)起始时投入氮气和氢气分别为1mol、3mol，在不同温度和压强下合成氨。平衡时混合物中氨的体积分数与温度关系如图。

①恒压时，反应一定达到平衡状态的标志是__________ (填序号)；

A．N2和H2的转化率相等

B．反应体系密度保持不变

C．比值保持不变

D．＝2

②P1________P2(填“>”、“<”、“=”、“不确定”，下同)；反应平衡常数：B点______D点；

③C点H2的转化率_______________；在A、B两点条件下，该反应从开始到平衡时生成氨气平均速率:v(A)_______v(B)。

(3)N2H4可作火箭推进剂，NH3和NaClO在一定条件下反应可生成N2H4。

①写出NH3和NaClO反应生成N2H4的化学方程式_____________________________________________。

②当转移电子量为0.3NA时，标况下消耗NH3____________L。

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甲烷是天然气的主要成分，是一种重要的清洁能源和化工原料。

（1）用煤制天然气时会发生多个反应，通过多种途径生成CH4。

已知：C(s)+2H2(g)CH4(g)　 ΔH=-73kJ·mol-1

2CO(g)C(s)+CO2(g)　 ΔH=-171 kJ·mol-1

CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O (g)　 ΔH=-203 kJ·mol-1

写出CO与H2O (g)反应生成H2和CO2的热化学方程式____________________________________。

（2）天然气中含有H2S杂质，某科研小组用氨水吸收得到NH4HS溶液，已知T℃k（NH3•H2O）=1.74×10-5，k1(H2S)=1.07×10-7，k2(H2S)=1.74×10-13，NH4HS溶液中所含粒子浓度大小关系正确的是______________。

a.c(NH4+)＞c(HS-)＞c(OH-)＞c(H+)　　　 b. c(HS-)＞c(NH4+)＞c(S2-)＞c(H+)

c.c(NH4+)＞c(HS-)＞c(H2S)＞c(H+)　　　 d.c(HS-)＞c(S2-)＞c(H+)＞c(OH-)

（3）工业上常用CH4与水蒸气在一定条件下来制取H2，其原理为：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。

①一定温度时，在一个体积为2L的恒容密闭容器中，加入1molCH4和1.4mol水蒸气发生上述反应，5min后达平衡，生成0.2molCO，用H2表示该反应的速率为_______________，此反应的平衡常数为__________________(结果保留到小数点后三位)

②下列说法中能说明此反应达到平衡状态的是____________。

A.体系的压强不再发生变化　　　　　　 B.生成1mol CH4的同时消耗3mol H2

C.各组分的物质的量浓度不再改变　　 D.体系的密度不再发生变化

E.反应速率V(CH4) :V(H2O) :v(CO) :v(H2)= 1:1:1:3

（4）甲醇水蒸气重整制氢反应：CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g) +3H2(g)　 ΔH = +49kJ·mol-1

①分析适当增大水醇比[n(H2O) ∶n (CH3OH)]对甲醇水蒸气重整制氢的好处____________。

②某温度下，将[n(H2O) ∶n (CH3OH)]=l∶1的原料气充入恒容密闭容器中，初始压强为p1，反应达到平衡时总压强为p2，则平衡时甲醇的转化率为______________________。

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甲烷是天然气的主要成分，是一种重要的清洁能源和化工原料。

(1)用煤制天然气时会发生多个反应，通过多种途径生成CH4。

已知：C(s)+2H2(g)CH4　　 △H=-73kJ/mol

2CO(g)C(s)+CO2(g)　　 △H=-171kJ/mol

CO(g)+3H(g)CH4(g)+H2O(g)　 △H=-203kJ/mol。

写出CO与H2O(g)反应生成H2和CO2的热化学方程式_________________。

(2)天然气中含有H2S杂质，某科研小组用氨水吸收得到NH4HS溶液，已知T℃k(NH3·H2O)=1.74×10-5；k1(H2S)=1.07×10-7，k2(H2S)=1.74×10-13，NH4HS溶液中所含粒子浓度大小关系正确的是_______。

A. c(NH4+)>c(HS-)>c(OH-)>c(H+)　　　　　 B. c(HS-)>c(NH4+)>(S2-)>c(H+)

C. c(NH4+)>c(HS-)>c(H2S)>c(H+)　　　　　 D. c(HS-)>c(S2-)>c(H+)>c(OH-)

(3)工业上常用CH4与水蒸气在一定条件下来制取H2，其原理为：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

①一定温度时，在一个体积为2L的恒容密闭容器中，加入lnmolCH4和1.4mol水蒸气发生上述反应，5min后达平衡，生成0.2molCO，用H2表示该反应的速率为_________。此反应的平衡常数为_____　 (结果保留到小数点后三位)。

②下列说法中能说明此反应达到平衡状态的是_________。

A.体系的压强不再发生变化　　　　　　　

B.生成1molCH4的同时消耗3molH2

C.各组分的物质的量浓度不再改变　　　

D.体系的密度不再发生变化　　

E.反应速率V(CH4):V(H2O)v(CO):v(H2)=1:1:1:3

(4)甲醇水蒸气重整制氢反应：CH3OH(g)+H2O(g)==CO2(g)+3H2(g) △H=+49kJ/mol。某温度下，将[n(H2O):n(CH3OH)]=1：1的原料气充入恒容密闭容器中，初始压强为p1，反应达到平衡时总压强为p2，则平衡时甲醇的转化率为______。

(5)如图所示，直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预先重整。请写出电池工作时的负极反应式：__________________。

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天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。

（1）工业上可用煤制天然气，生产过程中有多种途径生成CH4。

写出CO与H2反应生成CH4和H2O的热化学方程式____________

已知： CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)　 ΔH＝－41kJ·mol－1

C(s)+2H2(g)CH4(g)　 ΔH＝－73kJ·mol－1

2CO(g)C(s)+CO2(g)　 ΔH＝－171kJ·mol－1

（2）天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式________________________ 。

（3）天然气的一个重要用途是制取H2，其原理为：CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)。在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol·L－1的CH4与CO2，在一定条件下发生反应，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如下图1所示，则压强P1_________P2（填“大于”或“小于”）；压强为P2时，在Y点：v(正)___________v(逆)（填“大于”、“小于”或“等于”）。

（4）以二氧化钛表面覆盖CuAl2O4为催化剂，可以将CH4和CO2直接转化成乙酸。

①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图2所示。250~300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是________________。

②为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是________________。

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