甲烷以天然气和可燃冰两种主要形式存在于地球上，储量巨大，充分利用甲烷对人类的未来发展具有重...

甲烷以天然气和可燃冰两种主要形式存在于地球上，储量巨大，充分利用甲烷对人类的未来发展具有重要意义。

（1）乙炔（CH≡CH）是重要的化工原料。工业上可用甲烷裂解法制取乙炔，反应为：2CH4(g）C2H2(g）+ 3H2(g）。甲烷裂解时还发生副反应： 2CH4(g）C2H4(g）+2H2(g）。甲烷裂解时，几种气体平衡时分压（Pa）的对数即lgP与温度（℃）之间的关系如图所示。

①1725℃时，向恒容密闭容器中充入CH4，达到平衡时CH4生成C2H2的平衡转化率为_______。

②1725℃时，若图中H2的lgP=5，则反应2CH4(g）C2H2(g）+ 3H2(g）的平衡常数Kp=_________（注：用平衡分压Pa代替平衡浓度mol/L进行计算）。

③根据图判断，2CH4(g）C2H2(g）+3H2(g）△H_____0（填“＞”或“＜”）。由图可知，甲烷裂解制乙炔过程中有副产物乙烯生成。为提高甲烷制乙炔的产率，除改变温度外，还可采取的措施有_______。

（2）工业上用甲烷和水蒸气在高温和催化剂存在的条件下制得合成气（CO、H2），发生反应为：CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　 △H＞0　　

图中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1MPa、2MPa时甲烷含量曲线，其中表示1MPa的是________（填字母）。在实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件，运用化学反应速率和平衡知识，同时考虑实际生产，说明选择该反应条件的主要原因是__________。

（3）利用CH4、CO2在一定条件下重整的技术可得到富含CO的气体，在能源和环境上具有双重重大意义。重整过程中的催化转化原理如图所示:

已知： CH4(g)+ H2O(g) CO (g )+ 3H2(g)　　 △H =+206.2 kJ/mol

CH4(g)+ 2H2O(g) CO2(g )+4H2(g)　　 △H =+158.6 kJ/mol

则：

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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氢气是热量高、无污染的燃料，天然气储量丰富是理想的制氢原料，研究甲烷制氢具有重要的理论和现实意义。

（1）甲烷水蒸气重整制氢：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）△H1=+216kJ•mol-1，温度1200k，压强0.2Mpa，水碳起始物质的量之比3:1，达到平衡时氢气的物质的量分数为0.3,甲烷转化率为____，Kp=____（Mpa）2 。理论上近似水碳比为____，氢气的物质的量分数将达到最大。　　

（2）①将甲烷水蒸气重整和甲烷氧化重整两种方法结合，理论上按照空气、甲烷、水蒸气约15:7：1体积比进料（空气中氧气体积分数约为0.2），可以实现反应器中能量自给（不需要补充热量）。

甲烷氧化重整制氢：2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g） △H2=____kJ•mol-1

②实际生产中，空气、甲烷、水蒸气按照约1:1:2体积比进料，增加水蒸气的作用是____，还能发生____（用化学方程式表示）反应，从而获得更多的氢气。

（3）甲烷水蒸气重整过程中，温度1000K,原料气以57.6Kg•h-1通入容积为1L镍基催化反应器中，2-5s甲烷质量分数由7.32%变为5.32%，用甲烷表示2-5s的反应速率为____mol•min-1 ,随着反应的进行反应速率会急速下降，可能的原因是甲烷等高温不稳定，造成____。有人提出将甲烷水蒸气重整和甲烷氧化重整两种方法结合则能解决这个问题，原因是____。

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据报道，在西藏冻土的一定深度下，发现了储量巨大的“可燃冰”，它主要是甲烷和水形成的水合物（CH4·nH₂O）。

（1）在常温常压下，“可燃冰”会发生分解反应，其化学方程式是________。

（2）甲烷可制成合成气（CO、H₂），再制成甲醇，代替日益供应紧张的燃油。

①在101 KPa时，1．6 g CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO、H₂，吸热20．64 kJ。则甲烷与H₂O（g）反应的热化学方程式：________。

②CH₄不完全燃烧也可制得合成气：CH₄（g）+O₂（g）===CO（g）+2H₂（g）；

△H=-35.4 kJ·mol^-1。则从原料选择和能源利用角度，比较方法①和②，合成甲醇的适宜方法为（填序号）；原因是________。

③在温度为T，体积为10L的密闭容器中，加入1 mol CO、2 mol H₂，发生反应

CO（g）+ 2H₂（g）CH₃OH（g）；△H=-Q kJ·mol^-1（Q>O），达到平衡后的压强是开始时压强的0．6倍，放出热量Q₁kJ。

I．H₂的转化率为________；

II．在相同条件下，若起始时向密闭容器中加入a mol CH₃ OH（g），反应平衡后吸收热量Q₂ kJ，且Q₁+Q₂=Q，则a=________mol。

III．已知起始到平衡后的CO浓度与时间的变化关系如右图所示。则t₁时将体积变为5L后，平衡向________反应方向移动（填“正”或“逆”）；

在上图中画出从tl开始到再次达到平衡后，

CO浓度与时间的变化趋势曲线。

（3）将CH₄设计成燃料电池，其利用率更高，装置示意如右图（A、B为多孔性碳棒）。

持续通人甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL。

①O<V≤44．8 L时，电池总反应方程式为________；

②44．8 L<V≤89．6 L时，负极电极反应为________；

③V=67．2 L时，溶液中离子浓度大小关系为________；

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CO2的转换在生产、生活中具有重要的应用。

(1)CO2的低碳转型对抵御气候变化具有重要意义，海洋是地球上碳元素最大的“吸收池”。

①溶于海水中的CO2主要以四种无机碳形式存在，除CO2、H2CO3两种分子外，还有两种离子的化学式为_________、___________________。

②在海洋碳循环中，可通过上图所示的途径固碳。写出钙化作用的离子方程式：____________。

(2)将CO2与金属钠组合设计成Na－CO2电池，很容易实现可逆的充、放电反应，该电池反应为4Na+3CO2 2Na2CO3+C。放电时，在正极得电子的物质为___________；充电时，阳极的反应式为___________。

(3)　　 目前工业上有一种方法是用CO2和H2在230℃并有催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。下图表示恒压容器中0.5molCO2和1.5 mol H2转化率达80%时的能量变化示意图。能判断该反应达到化学平衡状态的依据_______(填字母)。

a.容器中压强不变　　　　　　 b.H2的体积分数不变

c.c(H2 =3c(CH3OH)　　　　　 d.容器中密度不变

e. 2个C = O断裂的同时有6个H - H断裂

(4)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应CO(g)+H2O(g) CO2(g) +H2(g)，得到如下三组数据：

①实验2条件下平衡常数K=____________。

②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a/b的值_________　　 (填具体值或取值范围）。

③　　 实验4，若900℃时，在此容器中加入CO、H2O、CO2、H2均为1mol，则此时v(正____v(逆）（填“ <”、“ >”或“=")。

(5)已知在常温常压下：

①2CH3OH(I) +3O2(g)=2CO2(g) +4H2O(g) 　 △H= -1275.6 kJ • mol-1

②2CO(g) +O2(g)=2CO2(g)　　 　　 △H = -566.0 kJ·mol-1

③H2O(g)=H2O(I)　　 △H =-44.0 kJ·mol-1

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式_____________。

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CO2的转换在生产、生活中具有重要的应用。

Ⅰ．CO2的低碳转型对抵御气候变化具有重要意义。

（1）海洋是地球上碳元素的最大“吸收池”。

①溶于海水中的CO2主要以四种无机碳形式存在，除CO2、H2CO3两种分子外，还有两种离子的化学式为____________。

②在海洋碳循环中，可通过下图所示的途径固碳。写出钙化作用的离子方程式：_____________。

（2）将CO2与金属钠组合设计成Na－CO2电池，很容易实现可逆的充、放电反应，该电池反应为4Na＋3CO2 2Na2CO3＋C。放电时，在正极得电子的物质为______；充电时，阳极的反应式为_____。

Ⅱ．环境中的有害物质常通过转化为CO2来降低污染。

（3）TiO2是一种性能优良的半导体光催化剂，能有效地将有机污染物转化为CO2等小分子物质。下图为在TiO2的催化下，O3降解CH3CHO的示意图，则该反应的化学方程式为____。

（4）用新型钛基纳米PbO2作电极可将苯、酚类等降解为CO2 和H2O。该电极可通过下面过程制备：将钛基板用丙酮浸泡后再用水冲洗，在钛板上镀上一层铝膜。用它做阳极在草酸溶液中电解，一段时间后，铝被氧化为氧化铝并同时形成孔洞。再用Pb(NO3)2溶液处理得纳米PbO2，除去多余的氧化铝，获得钛基纳米PbO2电极。

①用丙酮浸泡的目的是______。

②电解时，电流强度和基板孔洞深度随时间变化如图所示，氧化的终点电流突然增加的原因是______。

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（12分）锂电池消耗量巨大，对不可再生的金属资源的消耗是相当大的。因此锂离子电池回收具有重要意义，其中需要重点回收的是正极材料，其主要成分为钴酸锂（LiCoO₂）、导电乙炔黑（一种炭黑）、铝箔以及有机粘接剂。某回收工艺流程如下：

（1）上述工艺回收到的产物有Al (OH)₃、________。

（2）废旧电池可能由于放电不完全而残留有原子态的锂，为了安全对拆解环境的要求是________。

（3）酸浸时反应的化学方程式为________。如果用盐酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液也能达到溶解的目的，但不利之处是________。

(4) 生成Li₂CO₃的化学反应方程式为________。已知Li₂CO₃在水中的溶解度随着温度的升高而减小，所以在浓缩结晶后要________过滤。

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下列说法不正确的是(　　)

A. 在一定条件，苯与浓硝酸反应生成硝基苯的反应类型是取代反应

B. 天然气、沼气、“可燃冰”的主要成分均为甲烷

C. 乙烯和乙炔都能使溴水褪色，其褪色原理相同

D. 相同质量的乙炔与苯分别在足量的氧气中完全燃烧，产生CO2的物质的量不同

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下列说法不正确的是

A. 在一定条件，苯与浓硝酸反应生成硝基苯的反应类型是取代反应

B. 天然气、沼气、“可燃冰”的主要成分均为甲烷

C. 乙烯和乙炔都能使溴水褪色，其褪色原理相同

D. 相同质量的乙炔与苯分别在足量的氧气中完全燃烧，产生CO2的物质的量不同

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