题目内容
【题目】天然气是一种清洁能源,用途广泛。
(1)工业上可用焦炉煤气(主要成分为CO、CO2和H2)制备天然气。已知:CO(g)+3H2(g)=CH4(g) +H2O(g) △H1=-206kJ/mol,CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g) △H2= -41kJ/mol。
①CO2转化为CH4的热化学方程式是:_______。
②有利于提高混合气中CH4含量的措施是:_______。
a. 使用催化剂 b. 升高温度 c. 及时导出水蒸气
(2)甲烷可制成燃料电池,其装置如下图所示。
①电极b是_______极(填“正”或“负”)。
②a极的电极反应式是_______________。
【答案】CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) △H=-165kJ/mol c 正 CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+
【解析】
(1)①CO(g)+3H2(g)=CH4(g) +H2O(g) △H1=-206kJ/mol,①
②CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g) △H2= -41kJ/mol②
根据盖斯定律,①-②可得CO2(g) +4H2(g)= CH4(g) +2H2O(g),据此计算出△H;
②提高混合气中CH4含量,需要使平衡向着正向移动,据此该反应为放热反应,结合温度、浓度等对化学平衡影响分析;
(2)甲烷燃料电池中,通入燃料甲烷的电极为失去电子,发生氧化反应,为原电池的负极,通入氧气的电极获得电子,发生还原反应,为原电池的正极,据此进行解答。
(1)①CO(g)+3H2(g)=CH4(g) +H2O(g) △H1=-206kJ/mol;①
CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g) △H2= -41kJ/mol;②
根据盖斯定律,①-②可得CO2(g) +4H2(g)CH4(g) +2H2O(g),△H=(-206kJ/mol)-(-41kJ/mol)=-165kJ/mol;
②a.使用催化剂,对化学平衡无影响,无法提高混合气中CH4含量,a错误;
b.CO2(g) +4H2(g)CH4(g) +2H2O(g) △H=-165kJ/mol的正反应为放热反应,升高温度,化学平衡向着吸热的逆反应方向移动,使甲烷的含量减小,b错误;
c.及时导出水蒸气,减少了生成物浓度,化学平衡向着正反应方向移动,可提高混合气中CH4含量,c正确;
故合理选项是c;
(2)①电极b通入的是O2,O2在反应中得到电子发生还原反应,则电极b为该原电池的正极;②a通入的是甲烷,甲烷失去电子被氧化成CO2,该电极反应式为:CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+。