甲烷可制成合成气（CO、H 2 ），再制成甲醇，代替日益供应紧张的燃油。已知：①CH 4 (g) ＋ H 2 O (g)=

Question

甲烷可制成合成气（CO、H 2 ），再制成甲醇，代替日益供应紧张的燃油。已知：①CH 4 (g) ＋ H 2 O (g)= CO (g)＋3H 2 (g) △H 1 =+206.2kJ·mol －1 ② CH 4 （g）＋ O 2 （g）=CO（g）＋2H 2 （g） △H 2 =－35.4 kJ·mol － 1 ③CH­­ 4 (g) ＋ 2H 2 O (g) =CO­ 2 (g) ＋4H 2 (g) △H 3 ="+165.0" kJ·mol －1 （1）CH 4 (g)与CO 2 (g)反应生成CO(g)和H 2 (g)的热化学方程式为 。（2）从原料选择和能源利用角度，比较方法①和②，为合成甲醇，用甲烷制合成气的适宜方法为 （填序号），其原因是 。（3）合成气中的H 2 可用于生产NH 3 ，在进入合成塔前常用Cu(NH 3 ) 2 Ac溶液来吸收其中的CO，防止合成塔中的催化剂中毒，其反应是：Cu(NH 3 ) 2 Ac + CO + NH 3 [Cu(NH 3 ) 3 ]Ac·CO △H＜0Cu(NH 3 ) 2 Ac溶液吸收CO的适宜生产条件应是 。（4）将CH 4 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）。持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL。 ① 0<V≤44.8 L时，电池总反应方程式为 ；② 44.8 L<V≤89.6 L时，负极电极反应为 ；③ V="67.2" L时，溶液中离子浓度大小关系为 。

Answer 1

（14分）（1）CH 4 (g)+CO 2 (g)=2CO (g)+2H 2 (g)  △H="+247.4" kJ·mol －1 （2分） （2）②（2分）  选择CH 4 不完全燃烧制合成气时，放出热量，同时得到的CO、H 2 物质的量之比为1∶2，能恰好完全反应合成甲醇（2分） （3）低温、高压（2分） （4）①CH 4 +2O 2 +2KOH=K 2 CO 3 +3H 2 O（2分） ②CH 4 —8e － + 9CO 3 2 － +3H 2 O=10HCO 3 － （2分） ③c(K ＋ )＞c(HCO 3 － )＞c(CO 3 2 － )＞c(OH － )＞c(H + ) （2分）

试题分析：（1）根据盖斯定律，①×2—③可约去H 2 O(g)，则CH 4 (g)+CO 2 (g)=2CO(g)+2H 2 (g)的△H=①的△H×2—③的△H=[（+206.2）×2—（+165.0）] kJ·mol －1 ="+247.4" kJ·mol －1 ；（2）从能量角度比较，①是吸热反应，需要消耗更多能量，②是放热反应，不需要太多能量；从原子利用率角度，由于CO+2H 2 →CH 3 OH，①的产物中氢原子不可能全部变为CH 3 OH，而②的产物中所有原子都可能全部变为CH 3 OH；因此选②，甲烷不完全燃烧制合成气时放出热量，还得到物质的量之比为1∶2的CO和H 2 的混合气体，能恰好完全反应生成甲醇；（3）由于正反应是气态物质体积减小的放热反应，因此采用降低温度、增大压强能使平衡右移，提高CO的转化率，防止催化剂中毒；（4）n(KOH)=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH 4 +2O 2 →CO 2 +2H 2 O、②CO 2 +2KOH=K 2 CO 3 +H 2 O、③K 2 CO 3 +CO 2 +H 2 O =2KHCO 3 ；当0<V≤44.8 L时，0<n(CH 4 )≤2mol，则0<n(CO 2 )≤2mol，只发生反应①②，且KOH过量，则电池总反应式为CH 4 +2O 2 +2KOH=K 2 CO 3 +3H 2 O，负极反应式为CH 4 —8e — +10OH — =CO 3 2— +7H 2 O；当44.8 L<V≤89.6 L，2mol <n(CH 4 )≤4mol，则2mol <n(CO 2 )≤4mol，发生反应①②③，得到K 2 CO 3 和KHCO 3 溶液，则负极反应式为CH 4 —8e — + 9CO 3 2— +3H 2 O =10HCO 3 — ；当V="67.2" L时，n(CH 4 )=3mol，n(CO 2 )=3mol，则电池总反应式为3CH 4 +6O 2 +4KOH=K 2 CO 3 +2KHCO 3 +7H 2 O，则得到1mol K 2 CO 3 和2mol KHCO 3 的溶液，则c(K ＋ )＞c(HCO 3 － )＞c(CO 3 2 － )＞c(OH － )＞c(H + )。