2017年5月海底天然气水合物(俗称“可燃冰”)试采成功，这是我国能源开发的一次历史性突破...

2017年5月海底天然气水合物(俗称“可燃冰”)试采成功，这是我国能源开发的一次历史性突破。一定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成如下图所示的笼状结构(表面的小球是水分子，内部的大球是CH4分子或CO2分子；“可燃冰”是CH4与H2O形成的水合物)，其相关参数见下表。

(1)CH4和CO2所含的三种元素电负性从大到小的顺序为_______；碳原子的最高能级的符号是_______，其电子云形状是_______。

(2)CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为_______，分子的立体构型为_____。CO2与SO2相同条件下在水中的溶解度较大的是SO2，理由是________。

(3)为开采海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是_______。

(4)“可燃冰”中分子间存在的作用力是氢键和_________，上图中最小的环中连接的原子总数是_______。

(5)水在不同的温度和压力条件下可形成11种不同结构的晶体，密度从比水轻的0.92g/cm3到约为水的1.5 倍。冰是人们迄今已知的由一种简单分子堆积出结构花样最多的化合物。其中冰- Ⅶ的晶体结构为一个如图所示的立方晶胞，每个水分子与周围4个水分子以氢键结合。设O-H…O距离为apm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该冰- Ⅶ晶体的密度为____ g/cm3(列出计算式即可)。

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2017年5月海底天然气水合物(俗称“可燃冰”)试采成功，这是我国能源开发的一次历史性突破。一定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成如下图所示的笼状结构(表面的小球是水分子，内部的大球是CH4分子或CO2分子；“可燃冰”是CH4与H2O形成的水合物)，其相关参数见下表。

(1)CH4和CO2所含的三种元素电负性从大到小的顺序为_______；碳原子的最高能级的符号是_______，其电子云形状是_______。

(2)CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为_______，分子的立体构型为_____。CO2与SO2相同条件下在水中的溶解度较大的是SO2，理由是________。

(3)为开采海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是_______。

(4)“可燃冰”中分子间存在的作用力是氢键和_________，上图中最小的环中连接的原子总数是_______。

(5)水在不同的温度和压力条件下可形成11种不同结构的晶体，密度从比水轻的0.92g/cm3到约为水的1.5 倍。冰是人们迄今已知的由一种简单分子堆积出结构花样最多的化合物。其中冰- Ⅶ的晶体结构为一个如图所示的立方晶胞，每个水分子与周围4个水分子以氢键结合。设O-H…O距离为apm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该冰- Ⅶ晶体的密度为____ g/cm3(列出计算式即可)。

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（1）2017年5月，我国在南海成功开采“可燃冰”(甲烷水合物)，标志着在技术方面取得了突破性进展。甲烷是优质的清洁能源，综合开发利用能有效缓解大气污染问题。

已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g) +2H2O(g)　　　　 ΔH =- 802 kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH =-566kJ·mol-1

H2O(g)=H2O(l)　 ΔH =- 44kJ·mol-1

则1mol CH4(g)不完全燃烧生成CO和H2O(l) 的热化学方程式为：________________。

（2）甲烷转化为CO和H2的反应为：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH>0。

①一定条件下，CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如下图1所示。则P1________P2(填“<”、“>”或“=”) ；A、B、C 三点处对应的平衡常数(KA、KB、KC)由大到小的顺序为___________________。

②将CH4和H2O(g)按等物质的量混合，一定条件下反应达到平衡，CH4转化率为50%。则反应前与平衡后，混合气体的平均相对分子质量之比为________________。

（3）甲烷燃料电池工作原理如上图2所示。a气体是______________，b气体通入电极的反应式为__________。

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（1）2017年5月，我国在南海成功开采“可燃冰”(甲烷水合物)，标志着在技术方面取得了突破性进展。甲烷是优质的清洁能源，综合开发利用能有效缓解大气污染问题。

已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g) +2H2O(g)　　　　 ΔH =- 802 kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH =-566kJ·mol-1

H2O(g)=H2O(l)　 ΔH =- 44kJ·mol-1

则1mol CH4(g)不完全燃烧生成CO和H2O(l) 的热化学方程式为：___________________________。

（2）甲烷转化为CO和H2的反应为：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH>0。

①一定条件下，CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如下图1所示。则P1________P2(填“<”、“>”或“=”) ；A、B、C 三点处对应的平衡常数(KA、KB、KC)由大到小的顺序为___________________。

②将CH4和H2O(g)按等物质的量混合，一定条件下反应达到平衡，CH4转化率为50%。则反应前与平衡后，混合气体的平均相对分子质量之比为________________。

（3）甲烷燃料电池工作原理如上图2所示。a气体是______________，b气体通入电极的反应式为__________。用该燃料电池作电源、以石墨作电极电解硫酸铜溶液，一段时间后，若将0.1mol Cu2(OH)2CO3溶解于该溶液，恰好使溶液恢复至起始成分和浓度，则燃料电池中理论上消耗CH4的体积(标准状况)为_________________。

（4）25℃时，H2CO3的电离常数分别为：Ka1=4.4×10-7mol·L-1；Ka2=5.0×10-11 mol·L-1。在20mL0.1 mol·L-1Na2CO3溶液中逐滴加入0.1 mol·L-1HCl溶液20mL，所得溶液pH=8。此溶液中各阴离子的物质的量浓度大小关系为__________________，=__________________。

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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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2017年5月18日中共中央国务院公开致电祝贺南海北部神狐海域进行的“可燃冰”试采成功。“可燃冰”是天然气水合物，外形像冰，在常温常压下迅速分解释放出甲烷，被称为未来新能源。

（1）“可燃冰”作为能源的优点是__________(回答一条即可)。

（2）甲烷自热重整是先进的制氢方法,包含甲烷氧化和蒸汽重整两个过程。向反应系统同时通入甲烷，氧气和水蒸气,发生的主要化学反应如下:

回答下列问题:

①在初始阶段，甲烷蒸汽重整的反应速率______(填“大于”“小于”或“等于”)甲烷氧化的反应速率。

②反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) 的平衡转化率与温度、压强关系[其中n(CH4)：n(H2O)=1:1]如图所示。

该反应在图中A点的平衡常数Kp=________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)，图中压强(p1、p2、p3、p4)由大到小的顺序为___________。

③从能量角度分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于___________。

④如果进料中氧气量过大,最终会导致H2物质量分数降底，原因是__________。

（3）甲烷超干重整CO2技术可得到富含CO的气体，其能源和开境上的双重意义重大，甲烷超干重整CO2的催化转化原理如图所示。

①过程II中第二步反应的化学方程式为_____________。

②只有过程I投料比_______，过程II中催化剂组成才会保持不变。

③该技术总反应的热化学方程式为______________。

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2017年5月18日中共中央国务院公开致电祝贺南海北部神狐海域进行的“可燃冰”试采成功。“可燃冰”是天然气水合物，外形像冰，在常温常压下迅速分解释放出甲烷，被称为未来新能源。

（1）“可燃冰”作为能源的优点是__________(回答一条即可)。

（2）甲烷自热重整是先进的制氢方法,包含甲烷氧化和蒸汽重整两个过程。向反应系统同时通入甲烷，氧气和水蒸气,发生的主要化学反应如下:

回答下列问题:

①在初始阶段，甲烷蒸汽重整的反应速率______(填“大于”“小于”或“等于”)甲烷氧化的反应速率。

②反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) 的平衡转化率与温度、压强关系[其中n(CH4)：n(H2O)=1:1]如图所示。

该反应在图中A点的平衡常数Kp=________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)，图中压强(p1、p2、p3、p4)由大到小的顺序为___________。

③从能量角度分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于___________。

④如果进料中氧气量过大,最终会导致H2物质量分数降底，原因是__________。

（3）甲烷超干重整CO2技术可得到富含CO的气体，其能源和开境上的双重意义重大，甲烷超干重整CO2的催化转化原理如图所示。

①过程II中第二步反应的化学方程式为_____________。

②只有过程I投料比_______，过程II中催化剂组成才会保持不变。

③该技术总反应的热化学方程式为______________。

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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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2017年5月，中国对“可燃冰”试采成功。“可燃冰”是天然气水合物，被称为未来新能源。回答下列问题：

(1)用Cu2Al2O4作催化剂制备乙酸

已知：，各物质相对能量大小如图。

①a=____。

②反应物的活化分子浓度大小：过程I___ 过程Ⅱ（填“大于”、“小于”或“等于”）。

(2)甲烷超干催化重整(DRM)制备CO，在Ni、CaO及Fe3O4的共同催化作用下，可以获得极高浓度的CO，其机理如下：

第①步：Ni基催化

第②步：Fe的还原

第③步：CO2的捕获

第④步：CO2的释放与还原

设计第②步与第③步反应有利于实现氢物种与____的彻底分离，从勒夏特列原理的角度看，这也有利于____；过程①中，当投料比= ___时，才能保持催化剂组成不变。

(3)甲烷催化重整与压强的关系

已知：，现有温度相同的I、Ⅱ、Ⅲ三个恒压密闭容器，均已充入1 mol CH4(g)和1 mol CO2 (g)，三个容器的反应压强分别为P1 atm、P2 atm、P3 atm，在其他条件相同的情况下，反应均进行到t min时，CO2)的平衡体积分数φ(CO2)如下左图，此时I、Ⅱ、Ⅲ三个容器中一定处于化学平衡状态的是 ___（填番号）；求该温度条件下反应的平衡常数Kp=___ （计算表达式）。【已知：Kp是用分压力代替各物质的浓度计算的平衡常数，任一组分B的分压p(B)等于总压p乘以它的体积分数y(B)】

(4)甲烷用于燃料电池

已知：甲烷电池的工作原理如上有图，则负极反应方程式为 ___；当A极消耗标况下44.8 LCH4时，理论上B极转移电子的物质的量为 ___mol。

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第28届国际地质大会提供的资料显示，在海底蕴藏着大量的天然气水合物，俗称“可燃冰”。其蕴藏量是地球上煤和石油的几百倍，因而是一种等待开发的巨大能源物质。有关可燃冰的下列预测中错误的是

A．高压、低温有助于可燃冰的形成　         B．可燃冰的主要成分是甲烷

C．可燃冰的微粒间可能存在着离子键         D．构成可燃冰的原子间存在着极性共价键

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