Question

【題目】天然氣是一種清潔能源，用途廣泛。

(1)工業上可用焦爐煤氣（主要成分為CO、CO2和H2）制備天然氣。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轉化為CH4的熱化學方程式是：_______。

②有利于提高混合氣中CH4含量的措施是：_______。

a. 使用催化劑 b. 升高溫度 c. 及時導出水蒸氣

(2)甲烷可制成燃料電池，其裝置如下圖所示。

①電極b是_______極（填“正”或“負”）。

②a極的電極反應式是_______________。

Answer 1

【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

根據蓋斯定律，①-②可得CO2(g) +4H2(g)= CH4(g) +2H2O(g)，據此計算出△H；

②提高混合氣中CH4含量，需要使平衡向著正向移動，據此該反應為放熱反應，結合溫度、濃度等對化學平衡影響分析；

(2)甲烷燃料電池中，通入燃料甲烷的電極為失去電子，發生氧化反應，為原電池的負極，通入氧氣的電極獲得電子，發生還原反應，為原電池的正極，據此進行解答。

(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

根據蓋斯定律，①-②可得CO2(g) +4H2(g)CH4(g) +2H2O(g)，△H=（-206kJ/mol）-（-41kJ/mol）=-165kJ/mol；

②a．使用催化劑，對化學平衡無影響，無法提高混合氣中CH4含量，a錯誤；

b．CO2(g) +4H2(g)CH4(g) +2H2O(g) △H=-165kJ/mol的正反應為放熱反應，升高溫度，化學平衡向著吸熱的逆反應方向移動，使甲烷的含量減小，b錯誤；

c．及時導出水蒸氣，減少了生成物濃度，化學平衡向著正反應方向移動，可提高混合氣中CH4含量，c正確；

故合理選項是c；

(2)①電極b通入的是O2，O2在反應中得到電子發生還原反應，則電極b為該原電池的正極；②a通入的是甲烷，甲烷失去電子被氧化成CO2，該電極反應式為：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+。