Question

【题目】可燃冰(天然气水合物，可用CH4xH2O表示)的开采和利用，既有助于解决人类面临的能源危机，又能生产一系列的工业产品。

(1)可燃冰在一定条件下能够释放出CH4气体，该条件是________(填“低温、高压”或“高温、低压”)。

(2)熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)通常被称为第二代燃料电池。以CH4为MCFC的燃料时，电池的工作原理如图所示。

①CH4(g)和H2O(g)可在电池内部经重整反应转化为H2(g)和CO2(g)，已知CH4和H2的标准燃烧热分别为890.3kJ/mol和285.8kJ/mol，H2O(l)=H2O(g) H=+41 kJ/mol，则甲烷重整反应的热化学方程式为CH4(g)+2H2O(g)=4H2(g)+CO2(g) H=________kJ/mol。

②图中电极A为燃料电池的________(填“正极”或“负极”)，电极B上的电极反应式为________。

(3)在压强为p的恒压容器中，CH4在电弧炉的作用下制取乙炔，化学方程式为2CH4=C2H2+3H2。下表为反应体系的物料衡算表。

成分	进料	出料
	纯CH4	CH4	C2H2	H2
物质的量(mol)	44.8	19.13	8.96	39.5

①计算可知C2H2的产率α=________。

②出料中C2H2和H2的物质的量之比并不等于1:3，可能的原因是________。

Answer 1

【答案】高温、低压 +170.9kJ/mol 负极 O2+4e-+2CO2=CO32- 40% 该反应存在较多副反应(或甲烷、乙炔分解或乙炔与氢气发生加成反应等)

【解析】

(1)高温、低压条件有利于CH4的逸出；

(2)①根据盖斯定律计算；

②燃料电池中，通入燃气的一极是负极，通入空气的一极是正极，电解质是熔融碳酸盐；

(3)①产率=×100%；

②有产生氢气的副反应存在导致出料中C2H2和H2的物质的量之比不等于1:3。

(1)可燃冰释放出CH4的过程中是产生气体的过程，高温、低压条件有利于CH4的逸出；

(2)①由题意可知：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+H2O(l) H1=-890.3kJ/mol；②H2(g)+O2(g)= H2O(l) H2=-285.8kJ/mol；③H2O(l)=H2O(g) H3=+41kJ/mol；根据盖斯定律，①-4②-2③可得CH4(g)+2H2O(g)=4H2(g)+CO2(g) H=-890.3+285.8×4-41×2=+170.9kJ/mol；

②燃料电池中，通入燃气的一极是负极，通入空气的一极是正极，电解质是熔融碳酸盐，则正极的电极反应式为O2+4e-+2CO2=CO32-；

(3)①题中所给数据，理论产量为22.4mol，实际生成C2H2为8.96mol，则产率==40%；

②出料中C2H2和H2的物质的量之比并不等于1:3，可能的原因是该反应存在较多副反应(或甲烷、乙炔分解或乙炔与氢气发生加成反应等)。