Question

合成氨尿素工業生產過程中涉及到的物質轉化過程如下圖所示。

（1）天然氣（主要成分為CH₄）在高溫、催化劑作用下與水蒸氣反應生成H₂和CO的化學方程式為      。
（2）甲烷是一種清潔燃料，但不完全燃燒時熱效率降低，同時產生有毒氣體造成污染。
　已知：CH₄(g) + 2O₂(g)＝CO₂(g) + 2H₂O(l)　 　　ΔH₁＝―890.3 kJ/mol
2CO (g) + O₂(g)＝2CO₂(g)　　　　　　　 ΔH₂＝―566.0 kJ/mol
則甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態水時的熱效率是完全燃燒時的_____倍（計算結果保留1位小數）。
（3）甲烷燃料電池可以提升能量利用率。下圖是利用甲烷燃料電池電解50 mL 2 mol·L^-1的氯化銅溶液的裝置示意圖：
　
請回答：
①甲烷燃料電池的正極反應式是____          ____。
②當線路中有0.1 mol電子通過時，________（填“a”或“b”）極增重________g。
（4）運輸氨時，不能使用銅及其合金制造的管道閥門。因為在潮濕的環境中，金屬銅在有NH₃存在時能被空氣中的O₂氧化，生成[Cu(NH₃)₄]²⁺，該反應的離子方程式為                               。

Answer 1

（10分）
（1）CH₄ + H₂O  CO + 3H₂（2分）
（2）0.7（2分）
（3）①　O₂＋4 H⁺＋4e^－==2H₂O（2分） ②　 b　（1分）   3.2（1分）
（4）2Cu + 8NH₃ + O₂ + 2H₂O ="==" 2[Cu(NH₃)₄]²⁺ + 4OH^-（2分）

試題分析：（1）根據題中提供的反應物、生成物和條件可以書寫方程式，方程式為CH₄ + H₂O  CO + 3H₂。
（2）(由第一個式子乘以2在減去第二個式子)再除以2得：CH₄(g) + 3/2O₂(g)＝CO (g) + 2H₂O(l) ΔH=- 607.3 kJ/mol。(607.3 kJ/mol)/ (890.3 kJ/mol)=0.7。
（3）①充入O₂的一極是正極，失去電子，反應式是O₂＋4H⁺＋4e^－==2H₂O。
②Cu²⁺+2e^-=Cu,0.1mol電子，得銅為3.2g。b極是陰極得電子，故b及質量增加。
（4）根據題中給提供的反應物和生成物書寫，離子方程式為：2Cu + 8NH₃ + O₂ + 2H₂O ="==" 2[Cu(NH₃)₄]²⁺ + 4OH^-。
點評：本題考查的是化學計算、合成氨、燃料電池和電解原理等知識，題目難度中，對各個知識點原理都清楚才能解答此題。