题目内容

【题目】甲烷是天然气的主要成分,是一种重要的清洁能源和化工原料。

.煤制天然气时会发生多个反应,生产过程中有多种途径生产CH4

已知:

CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH=-41kJ·mol1

C(s)+2H2(g)CH4(g)ΔH=-73kJ·mol1

2CO(g)C(s)+CO2(g)ΔH=-171kJ·mol1

写出CO2H2反应生成CH4H2O的热化学方程式____________________

.新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料,两电极上分别通入CH4O2,电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源,进行饱和氯化钠溶液(滴有几滴酚酞)电解实验,如图所示:

回答下列问题:

1①用甲烷燃料电池作为电化学降解NO3-装置的直流电源时,应将A_____相连(填ab,下同)B_____相连。阴极反应式为_____________

②若电解过程中转移了2mol电子,则膜的两侧电解液的质量变化差(Δm- Δm)为________g

2)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为________ _________

3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况),且反应完全,则图二电解池中理论上Pt最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。

【答案】 CO(g)+H2O(g)= CO2(g)+H2 (g) ΔH=-162kJ·mol1 a b 2NO3-+6H2O+10e-=N2+12OH2NO3-+12H++10e-=N2+6H2O 14.4 2O2+4H2O +8e=8OH CH4+10OH--8e=CO32-+ 7H2O 4

【解析】.已知:① CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH1=-41kJ·mol1

C(s)+2H2(g)CH4(g)ΔH2=-73kJ·mol1

2CO(g)C(s)+CO2(g)ΔH3=-171kJ·mol1

根据盖斯定律②+-①×2可得:CO2(g)+4H2(g)= CH4(g)+2H2O (g) ΔH=ΔH2+ΔH3-ΔH1×2=73kJ·mol1+(171kJ·mol1)-(-41kJ·mol1×2=162kJ·mol1,故答案为:CO2(g)+4H2(g)= CH4(g)+2H2O (g) ΔH= 162kJ·mol1

. 1)①用甲烷燃料电池作为电化学降解NO3-装置的直流电源时,硝酸根离子转化为氮气,其中氮元素化合价降低,得电子,则连接B电极的为电解池的阴极,应将B与电源的负极相连,在图1中燃料电池甲烷应该为负极,即连接b,故A与a相连。阴极是硝酸根离子得电子产生氮气,其反应式为:2NO3-+6H2O+10e-=N2↑+12OH-2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O;②根据图示装置,阳极反应为2H2O-4e=O2↑+4H,转移2mol电子时,阳极消耗1mol水,产生2molH+进入阴极室,阳极室质量减少18g;阴极反应为12H+2NO3-+10e=N2↑+6H2O,阴极室中放出0.2molN2(5.6g),同时有2molH+(2g)进入阴极室,因此阴极室质量减少3.6g,膜两侧电解液的质量变化差(Δm- Δm)=18g-3.6g=14.4g;(2)在碱性条件下,甲烷燃料电池正极氧气得电子产生氢氧根离子、负极甲烷失电子在碱性条件下生成碳酸根离子和水,其电极反应分别为:2O2+4H2O +8e=8OHCH4+10OH--8e=CO32-+ 7H2O;(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况),由于图中的两个电池是串联,故可知线路上转移的电子与一个燃料电池时相同,根据反应式CH4+10OH--8e=CO32-+ 7H2O,可知通入1mol甲烷时失电子8mol,当甲烷为1L时为mol,转移电子数为mol;进行饱和氯化钠溶液电解,阳极产生氯气的电极反应为:2Cl- -2e-=Cl2↑,产生1 mol氯气转移2mol电子,根据电解池与原电池转移电子总数相等,当转移电子mol时,产生氯气为mol,即为mol22.4L/mol=4L。

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