Question

【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_______________。

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+。