Question

15．CO₂和CH₄是两种重要的温室气体，通过CH₄和CO₂的反应，制造更高价值的化学品是目前的研究目标．250℃时，以镍合金为催化剂，发生如下反应：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）
（1）此温度下该反应的平衡常数表达式K=$\frac{[CO]^{2}•[{H}_{2}]^{2}}{[C{O}_{2}]•[C{H}_{4}]}$．
（2）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=+2.8kJ•mol^-1
③2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
反应CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的△H=+247.3kJ•mol^-1；
（3）利用上述反应①设计燃料电池（电解质溶液为氢氧化钾溶液），写出电池负极的电极反应式CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积回答；
（2）已知CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ•mol^-1 ①
CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H=2.8kJ•mol^-1 ②
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1 ③
根据盖斯定律，由①+②×2-③×2得CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△，据此计算；
（3）甲烷在原电池的负极发生氧化反应，在碱性环境中生成碳酸根离子，据此分析．

解答 解：（1）平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，则CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的平衡常数表达式为K=$\frac{[CO]^{2}•[{H}_{2}]^{2}}{[C{O}_{2}]•[C{H}_{4}]}$；
故答案为：$\frac{[CO]^{2}•[{H}_{2}]^{2}}{[C{O}_{2}]•[C{H}_{4}]}$；
（2）已知CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ•mol^-1 ①
CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H=2.8kJ•mol^-1 ②
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1 ③
根据盖斯定律，由①+②×2-③×2得，CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H=-890.3kJ•mol^-1+2.8kJ•mol^-1×2+566.0kJ•mol^-1×2=+247.3 kJ•mol^-1，
故答案为：+247.3；
（3）甲烷在原电池的负极失电子发生氧化反应，在碱性环境中生成碳酸根离子，电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．

点评 本题主要考查了化学反应平衡常数表达式、盖斯定律的应用、电极反应式的书写，题目难度中等．