Question

【題目】CH4是天然氣主要成分，天然氣是一種高效、低耗、污染小的清潔能源，也是重要的化工原料。

(1)CH4除了可以直接燃燒供能外，還可用作燃料電池的燃料，寫出如圖所示甲烷燃料電池負極的電極反應式_________。

(2)以CH4為原料制取H2是工業上常用的制氫方法，化學方程式為：CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)，該反應為吸熱反應。一定溫度下，將CH4和H2O(g)各0.11 mol充入2L恒容密閉容器中，50s后達平衡狀態：

①若平衡時壓強與初始壓強比為21：11，平衡時CH4的濃度為____，50s內用H2表示該反應的平均速率 v(H2)＝____。

②以下可作為該反應達平衡狀態的標志的是________。

A．氣體總壓強保持不變 B．氣體的密度保持不變 C．單位時間消耗1molCH4的同時生成3molH2 D．氣體的平均摩爾質量保持不變 E．CO和H2的分子數之比為1:3

(3)與甲烷結構相似的有機物還有很多，它們的碳原子之間都以碳碳單鍵結合成鏈狀，剩余價鍵均與氫原子結合，這樣的烴稱為烷烴。

①分子式為C7H16，含有三個甲基的的烷烴可能結構有_____種

②烷烴CH3CH(C2H5)C(CH3)3的一氯代物有_____種，系統命名為_______。

Answer 1

【答案】CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O 0.005mol/L 0.0003mol/(L.s) AD 3 5 2，2，3—三甲基戊烷

【解析】

(1) 根據燃料電池原理及電解質組成分析書寫電極反應式；(2) 運用三段式法根據反應速率表達式進行相關計算；根據平衡狀態的本質及特征分析解答；(3) 根據甲基的數目判斷支鏈的數目，根據碳鏈的異構分析解答；(4) 根據氫原子種類判斷一氯取代物種類，運用系統命名法命名有機物。

(1) 堿性甲烷燃料電池中，甲烷作負極，發生氧化反應，生成CO32-，電極反應式為：CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O，故答案為：CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O；

(2) ① 恒容時，壓強之比等于物質的量之比，則平衡時，氣體總物質的量為0.11mol×2×=0.42mol，設平衡時甲烷的濃度為a則

a+a+(0.11-a)+ (0.11-a)×3=0.42mol，a=0.01mol，c(CH4)=，v(H2)=3 v(CH4)=，故答案為：0.005mol/L；0.0003mol/(L.s)；

②A. 該反應為氣體體積增大的反應，容器為恒容，則氣體總壓強保持不變，說明各組分濃度保持不變，能說明反應達到平衡，故A選；

B. 反應前后氣體總質量不變，氣體體積恒定，則氣體的密度始終保持不變，故B不選；

C. 單位時間消耗1molCH4的同時生成3molH2都表示正反應方向速率，不能說明反應達到平衡，故C不選；

D. 反應正方向為氣體物質的量增大的過程，氣體的總質量不變，則氣體的平均摩爾質量保持不變，能說明反應達到平衡，故D選；

E. CO和H2的分子數之比為1:3，并不能說明濃度不在變化，故不能說明反應達到平衡，故E不選，故答案為：AD；

(3) ① 該烴結構式中含有3個甲基，則該烷烴只有1個支鏈，若支鏈為-CH3，主鏈含有6個碳原子，符合條件有：CH3CH(CH3)CH2CH2CH2CH3，CH3CH2CH(CH3)CH2CH2CH3；若支鏈為-CH2CH3，主鏈含有5個碳原子，符合條件有：CH3CH2CH(CH2CH3)CH2CH3；支鏈不可能大于3個碳原子，故符合條件的烷烴有3種，故答案為：3；

② CH3CH(C2H5)C(CH3)3中有5種不同化學環境的氫，則其一氯代物有5種，根據系統命名為2，2，3—三甲基戊烷，故答案為：5；2，2，3—三甲基戊烷。