（17分）CO和H2的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，可以在一定条件下制备甲醇，二甲醚等多种有机物。工业上利用天然气（主要成分为CH4）与水进行高温重整制备合成气。（1

Question

（17分）CO和H₂的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，可以在一定条件下制备甲醇，二甲醚等多种有机物。工业上利用天然气（主要成分为CH₄）与水进行高温重整制备合成气。

（1） 已知：CH₄、H₂和CO的燃烧热分别为890.3kJ/mol、285.8kJ/mol和283.0kJ/mol，且1mol液态水汽化时的能量变化为44.0kJ。写出甲烷与水蒸气在高温下反应制取合成气的热化学方程式                   。

（2）在一定条件下，向体积为2L的密闭容器中充入0.40mol CH₄和0.60mol H₂O(g)，测得CH₄(g)和H₂(g)的物质的量浓度随时间变化如下表所示：

时间/min 物质  浓度	0	1	2	3	4
CH4	0.2mol·L—1	0.13 mol·L—1	0.1 mol·L—1	0.1 mol·L—1	0.09 mol·L—1
H2	0 mol·L—1	0.2 mol·L—1	0.3 mol·L—1	0.3 mol·L—1	0.33 mol·L—1

①3—4min之间，化学平衡向___    ____反应方向移动（填“正”或“逆”）。

②3min时改变的反应条件是____________________（只填一种条件的改变）

（3）已知温度、压强、投料比X〔n(CH₄)/n(H₂O)〕对该反应的影响如图所示。

①图1中的两条曲线所示投料比的关系X₁____X₂(填“=”“>”或“<”下同)

②图2中两条曲线所示的压强比的关系：p₁_______p₂

（4）以天然气（设杂质不参与反应）、KOH溶液为原料可设计成燃料电池

①放电时，正极的电极反应式_______________________________________

②设装置中盛有100.0mL 3.0mol/L KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为8.96L，放电过程中没有气体逸出，则放电完毕后，所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为                      ____。

 

 

Answer 1

（17分）

  （1）CH₄(g)＋H₂O(g)＝CO(g)＋3H₂(g)  △H＝+206.1kJ/mol（3分，状态或配平或单位或+每少（或错）一项扣1分，最多扣3分；△H数值错了0分。）

  （2）①正 （2分），②升高温度或增大H₂O的浓度或减小CO的浓度 （2分）

  （3）①＞；（2分） ②＞。（2分）

  （4）O₂＋4e^—＋2H₂O＝4OH^— （2分，没配平扣1分。）

      c(K⁺)＞c (HCO₃^- )＞c (CO₃^2- )＞c (OH^- )＞c( H⁺ ) （4分）