天然气（以甲烷计）在工业生产中用途广泛。Ⅰ．在制备合成氨原料气H2 中的应用（1）甲烷蒸汽...

天然气（以甲烷计）在工业生产中用途广泛。

Ⅰ．在制备合成氨原料气H₂ 中的应用

（1）甲烷蒸汽转化法制H₂的主要转化反应如下：

CH₄(g) + H₂O(g)  CO(g) + 3H₂(g)    ΔH = +206.2 kJ/mol

CH₄(g) + 2H₂O(g)  CO₂(g) +4H₂(g)   ΔH = +165.0kJ/mol

上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO₂，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是________。

（2）CO变换反应的汽气比（水蒸气与原料气中CO物质的量之比）与CO平衡变换率

（已转化的一氧化碳量与变换前一氧化碳量之比）的关系如下图所示：

汽气比与CO平衡变换率的关系

析图可知：

① 相同温度时，CO平衡变换率与汽气比的关系是________。

② 汽气比相同时，CO平衡变换率与温度的关系是________。

（3）对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度也可以表示平衡常数（记作K_p），则CO变换反应的平衡常数表示式为：K_p=________。随温度的降低，该平衡常数________（填“增大”“减小”或“不变”）。

Ⅱ．在熔融碳酸盐燃料电池中的应用

以熔融Li₂CO₃和K₂CO₃为电解质，天然气经内重整催化作用提供反应气的燃料电池示意图如下：

（1）外电路电子流动方向：由________流向________（填字母）。

（2）空气极发生反应的离子方程式是________。

（3）以此燃料电池为电源电解精炼铜，当电路有0.6 mol e^‑ 转移，有________ g 精铜析出。

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天然气(以甲烷计)在工业生产中用途广泛。

（1）Ⅰ.在制备合成氨原料气H2中的应用

（1）甲烷蒸气转化法制H2的主要转化反应如下:

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)ΔH=+206.2kJ/mol

CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)ΔH=+165.0kJ/mol

上述反应所得原料气中的CO能使合成氨催化剂中毒,必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2,同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应,该反应的热化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（2）CO变换反应的汽气比(水蒸气与原料气中CO物质的量之比)与CO平衡变换率(已转化的一氧化碳量与变换前一氧化碳量之比)的关系如下图所示:

析图可知:

①相同温度时,CO平衡变换率与汽气比的关系是　　　　　　　　　　　　　 。

②汽气比相同时,CO平衡变换率与温度的关系是　　　　　　　　　　　　　 。

（3）对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度也可以表示平衡常数(记作Kp),则CO变换反应的平衡常数表示式为Kp=　　　　　　 。随温 度的降低,该平衡常数　　　　　　 (填“增大”“减小”或“不变”)。

（2）Ⅱ.在熔融碳酸盐燃料电池中的应用以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质,天然气经内重整催化作用提供反应气的燃料电池示意图如下:

（1）外电路电子流动方向:由　　　　　　 流向　　　　　　 (填字母)。

（2）空气极发生反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　 。

（3）以此燃料电池为电源电解精炼铜,当电路有0.6 mol e-转移,有　　　　　　　　 g 精铜析出。

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氨在工农业生产中应用广泛，可由N2、H2合成NH3。

（1）天然气蒸汽转化法是前获取原料气中H2的主流方法。CH4经过两步反应完全转化为H2和CO2，其能量变化示意图如下：

结合图像，写出CH4通过蒸汽转化为CO2和H2的热化学方程式______________________。

（2）利用透氧膜，一步即获得N2、H2，工作原理如图所示（空气中N2与O2的物质的量之比按4∶1计）

①起还原作用的物质是_________________________。

②膜I侧所得气体=2，CH4、H2O、O2反应的化学方程式是______________________。

（3）甲小组模拟工业合成氨在一恒温恒容的密闭容器中发生如下反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH< 0。t1时刻到达平衡后，在t2时刻改变某一条件，其反应过程如图所示，下列说法正确的是____________

A．Ⅰ、Ⅱ两过程到达平衡时，平衡常数：KⅠ<KⅡ

B．Ⅰ、Ⅱ两过程到达平衡时，NH3的体积分数：Ⅰ<Ⅱ

C．Ⅰ、Ⅱ两过程到达平衡的标志：混合气体密度不再发生变化

D．t2时刻改变的条件可以是向密闭容器中加N2和H2混合气

（4）乙小组模拟不同条件下的合成氨反应，向容器充入9.0mol N2 和23.0mol H2，图为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(P )的关系图。

①T1、T2、T3由大到小的排序为______________________________。

②在T2、60MPa条件下，比较A点v正___v逆（填“＞”、“＜”或“=”），理由是____________。

③计算T2、60Mpa平衡体系的平衡常数Kp=__________。（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压x物质的量分数）

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氨在工农业生产中应用广泛，可由N2、H2合成NH3。

（1）天然气蒸汽转化法是前获取原料气中H2的主流方法。CH4经过两步反应完全转化为H2和CO2，其能量变化示意图如下：

结合图像，写出CH4通过蒸汽转化为CO2和H2的热化学方程式______________________。

（2）利用透氧膜，一步即获得N2、H2，工作原理如图所示（空气中N2与O2的物质的量之比按4∶1计）

①起还原作用的物质是_________________________。

②膜I侧所得气体=2，CH4、H2O、O2反应的化学方程式是______________________。

（3）甲小组模拟工业合成氨在一恒温恒容的密闭容器中发生如下反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0。t1时刻到达平衡后，在t2时刻改变某一条件，其反应过程如图所示，下列说法正确的是____________

A．Ⅰ、Ⅱ两过程到达平衡时，平衡常数：KⅠ＜KⅡ

B．Ⅰ、Ⅱ两过程到达平衡时，NH3的体积分数：Ⅰ＜Ⅱ

C．Ⅰ、Ⅱ两过程到达平衡的标志：混合气体密度不再发生变化

D．t2时刻改变的条件可以是向密闭容器中加N2和H2混合气

（4）乙小组模拟不同条件下的合成氨反应，向容器充入9.0mol N2 和23.0mol H2，图为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(P )的关系图。

①T1、T2、T3由大到小的排序为______________________________。

②在T2、60MPa条件下，比较A点v正___v逆（填“＞”、“＜”或“=”），理由是____________。

③计算T2、60Mpa平衡体系的平衡常数Kp=__________。（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压x物质的量分数）

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氨在工农业生产中应用广泛，可由N2、H2合成NH3。

（1）天然气蒸汽转化法是目前获取原料气中H2的主流方法。CH4经过两步反应完全转化为H2和CO2，其能量变化示意图如图：

结合图象，写出CH4通过蒸汽转化为CO2和H2的热化学方程式：___。

（2）利用透氧膜，一步即获得N2、H2，工作原理如图所示(空气中N2与O2的物质的量之比按4∶1计)。

①起还原作用的物质是___。

②膜Ⅰ侧所得气体中=2，CH4、H2O、O2反应的化学方程式是___。

（3）甲小组模拟工业合成氨在一恒温恒容的密闭容器中发生反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　　 ΔH<0。t1 min时达到平衡，在t2 min时改变某一条件，其反应过程如图所示，下列说法正确的是___。

A.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，平衡常数：KⅠ<KⅡ

B.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，NH3的体积分数：φ(Ⅰ)<φ(Ⅱ)

C.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡的标志是混合气体的密度不再发生变化

D.t2min时改变的条件可以是向密闭容器中加N2和H2的混合气

（4）乙小组模拟不同条件下的合成氨反应，向容器中充入9.0molN2和23.0molH2，不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(p)的关系如图。

①T1、T2、T3由大到小的排序为___。

②在T2、60MPa条件下，A点v正___(填“>”“<”或“=”)v逆，理由是___。

③计算T2、60MPa平衡体系的平衡常数Kp=___MPa-2(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，保留2位有效数字)。

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甲烷和氨在国民经济中占有重要地位。

（1）制备合成氨原料气H₂，可用甲烷蒸汽转化法，主要转化反应如下：

CH₄(g) + H₂O(g)  CO(g) + 3H₂(g)    ΔH = +206.2 kJ/mol

CH₄(g) + 2H₂O(g)  CO₂(g) +4H₂(g)   ΔH = +165.0kJ/mol

上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO₂，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是________。

（2）工业生产尿素的原理是以NH₃和CO₂为原料合成尿素[CO(NH₂)₂]，反应的化学方程式为：2NH₃ (g)+ CO₂ (g) CO(NH₂)₂ (l) + H₂O (l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：

① 反应热ΔH（填“＞”、“＜”或“＝”）_______0。

② 在一定温度和压强下，若原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比（氨碳比），下图是氨碳比（x）与CO₂平衡转化率（α）的关系。求图中的B点处，NH₃的平衡转化率。

（3）已知甲烷燃料电池的工作原理如下图所示。该电池工作时，a口放出的物质为_________，该电池正极的电极反应式为：____ ，工作一段时间后，当3.2g甲烷完全反应生成CO₂时，有________mol 电子发生转移。

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（14分） 甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题：

（1）以天然气为原料制H₂是合成氨的一条重要的路线。甲烷的部分氧化可得到合成氨的原料气H₂，其反应式如下：

①CH（g）+1/2O（g）＝CO（g）+2H（g）  H₁＝－35.6kJ·mol

试判断常温下,上述反应能否自发进行:(填”能”或”否”)。有研究认为甲烷部分氧化的机理为：

②CH（g）+2O（g）＝CO₂（g）+2H₂O（g）  H₂＝－890.3kJ·mol

③CH（g）+CO（g）＝2CO（g）+2H（g）  H₃＝247.3kJ·mol

请结合以上条件写出CH₄和H₂O（g）生成CO和H₂的热化学反应方程式：

________。

⑵恒温下，向一个2L的密闭容器中充入1 molN₂和2.6 molH₂，反应过程中对NH₃的浓度进行检测，得到的数据如下表所示：

实验数据

此条件下,该反应达到化学平衡时,氮气的浓度为________。

（3）如下图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液），通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。

①b处电极上发生的电极反应式是。

②电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH________（填写“变大”、“变小”或“不变”，下同），装置Ⅱ中Cu的物质的量浓度________。

③若完全反应后，装置Ⅱ中阴极质量增加12.8g，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷L （标准状况下）。

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（18分）甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要应用。工业上用甲烷氧化法合成甲醇，反应流程中涉及如下反应（下列焓变数据均在25℃测得）：

（1）25℃时，用CH4和O2直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为________________；

（2）某温度下，向容积为4 L的恒容密闭容器中通入6 molCO2和6 mol CH4，发生反应①，5 min后反应在该温度下达到平衡，这时测得反应体系中各组分的体积分数相等，则该反应在0～5 min内的平均反应速率v（CO）=________mol·L-1·min-1；在相同温度下，将上述反应改在某恒压容器内进行，该反应的平衡常数________（填“增大”“不变”或“减小”）；

（3）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，25℃时，其反应的热化学方程式为：

科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下图所示：

①根据反应体系的压强对甲醇转化率的影响并综合考虑生产成本因素，在下列各压强数据中，工业上制取甲酸甲酯应选择的是_______（填下列序号字母）

a．3.5×106Pa　 　　　 　 b．4.0×l06Pa　　 　　　　 c．5.0×106Pa

②用上述方法制取甲酸甲酯的实际工业生产中，采用的温度是80℃，其理由是______________

（4）直接甲醇燃料电池（简称DMFC）由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染、可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC的工作原理如图所示：

①通入气体a的电极是电池的_____（填“正”或“负”）极，其电极反应式为__________；

②25℃时，用此电池以石墨作电极电解0.5 L饱和食盐水（足量），若两极生成的气体共1．12 L（已折算为标准状况下的体积），则电解后溶液的pH为_____（忽略溶液体积的变化）。

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以天然气为原料合成氨是当下主流合成氨方式，其过程简示如下：

（1）甲烷脱硫的主要目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（2）甲烷一次转化发生反应：CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　　 。

在20L的密闭容器中充入CH4(g)、H2O(g)各1mol,CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图。压强P1 　 （选填＞、＜、=）P2；若3min后在150℃、压强为P2时达到平衡，平均反应速率v(H2)=　　　　　 　 。

（3）传统的化学脱碳法是用热碳酸钾溶液洗气，用什么方法可以使洗气后的碳酸钾溶液再生以循环使用？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

铜洗能较彻底脱碳脱硫。醋酸亚铜溶于过量氨水形成的铜洗液，可吸收H2S、O2、CO、CO2等，该铜洗液吸收CO2的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（4）n(N2) ：n(H2)=1 : 3原料气进入合成塔，控制反应条件之外采取什么措施提高原料气利用率？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（5）NaCl、NaBr、NaI混合溶液中滴入AgNO3溶液至c(Ag+)=0.07 mol·L-1，溶液中浓度比

c(Cl-)：c(Br-)：c(I-) = 　　　　 ：　　　　 ：1。

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化学反应原理在工业生产中有广泛的应用。

(1)工业合成氨气的氢气主要来自天然气与水的反应, 但这种原料气中含有CO杂质，工业生产中通过下列反应来实现原料气中CO的除去。

CO(g)+H2O(g)CO(g)+ H2(g) △H<0。一定条件下反应达到平衡后采取_____措施可提高CO的转化率。在容积为2L的容器中发生上述反应，其中c(CO2)与反应时间(t)的关系如图甲所示，在t0时刻将容器体积扩大至4L，在图甲中画出t0时刻后。c(CO2)与反应时间(t)的变化曲线_____。

(2)氨气的重要用途是合成尿素. 当加料比n(NH3)/n(CO2)=4时，CO2的转化率变化如图乙所示，a点v(CO2)逆______点v(CO2)正(填“大于”、“小于”或“等于”)。NH3的平衡转化率是______。

(3)某科研小组利用CO和H2在密闭容器中反应合成甲醇的实验，容器的开始体积是VL，实验中向容器中加人CO nmol, H22nmol，在一定的压强和催化剂的作用下反应：CO (g)+ 2H2(g) CH3OH(g)。右图为反应达到平衡时CO的转化率与温度、压强的关系。回答下列问题。

①上述合成甲醇的反应是______(填 “吸热”或“放热”)反应，图像中的压强p1、p2、p3的大小关系是_______。

②由图像分析压强p1温度是100℃时合成甲醇反应的平衡常数K=_______。

③在压强是p1温度是100℃的条件下，开始若向容器中加入CO 2nmol，H24nmol，反应达到平衡时CO的转化率_____(填“变大”、“变小”或“不变”)，平衡时CO的物质的量_____(填“大于”、“小于”或“等于”)nmol

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