Question

“十三五”期间，云南省将推进8条支线天然气管道的建设，促成云南真正迈入“气化时代”。根据下列有关天然气的研究和应用回答问题：

（l）在一定温度和压强下，由最稳定单质生成lmol化合物的焓变称为该物质的摩尔生成焙。根据此定义，稳定单质的摩尔生成焓为0。某些化合物的摩尔生成焓如下表所示：

化合物	CO2	CH4	CO
摩尔生成焓（kJ·mol）	-395	-74.9	-110.4

CH₄（g）与CO₂（g）反应生成CO（g）和H₂（s）的热化学方程式为______。

（2）若上述反应分Ⅰ、Ⅱ两步进行，其能量曲线如图1所示。则总反应的反应速率取决于反应_______（填“I”或“Ⅱ”）。

（3）一定温度下反应：CO₂（g）+CH₄（g） 2CO（g）+2H₂（g）的平衡常数表达式Kp=___（用平衡分压代替平衡浓度表示）.

（4）在压强为p₁、p₂、p₃的三个恒压密闭容器中分别通入1.0molCH₄（g）与1.0mol CO₂（g）,发生反应：CO₂（g）+CH₄（g）2CO（g）+2H₂（g）.测得平衡时CH₄的体积分数与温度、压强的关系如图2所示。

① a点时CH₄的转化率为_______。

② 压强p₁、p₂、p₃由大到小的顺序为______，判断理由是_____。

温度为T_l℃、压强为P₃时，b点处v（正）_____v（逆）（填“<”、“>”或“=”）。

（5）某种燃料电池以熔融碳酸钠、碳酸钾为电解质，其工作原理如图3所示，该电池负极的电极反应式为________。若电极B附近通入1m³空气（假设空气中O₂的体积分数为20% ）并完全反应，理论上可消耗相同条件下CH₄的体积为_______m³。

Answer

CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH=+249.1kJ/mol I 80% p3>p2>p1 该反应为气体分子数增大的反应，压强增大，平衡逆移，甲烷的体积分数增大 > CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O 0.1

【解析】(l)已知CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) 反应的ΔH=[2(-110.4)+0]kJ·mol-[(-395)+(-74.9)]kJ·mol=+249.1kJ/mol ，即CH4(g)与CO2(g)反应生成CO(g)和H2(s)的热化学方程式为CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH=+249.1kJ/mol；

(2)根据能量曲线图可知，反应Ⅰ反应物活化能大，反应速率慢，而反应Ⅱ反应速率较快，则总反应的反应速率取决于慢反应，即反应I；

(3)可逆反应CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)的平衡常数表达式Kp=；

(4)①设a点时CH4的转化率为α

CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)

起始物质的量(mol) 1 1 0 0

变化物质的量(mol) α α 2α 2α

变化后物质的量(mol) 1-α 1-α 2α 2α

则： =，解得：α=80%；

② 该反应为气体分子数增大的反应，压强增大，平衡逆移，甲烷的体积分数增大，故p3>p2>p1；温度为Tl℃、压强为P3时，b点处恒压曲线P3上方，CH4的含量比平衡时高，则此时反应应正向进行，即v(正)>v(逆；

(5)燃料电池通O2的极为正极，通CH4的极为负极，即电极A为负极，负极上CH4失电子发生氧化反应，生成CO2，电极反应式为CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O；若电极B附近通入1m3空气(假设空气中O2的体积分数为20% )，则参加反应的O2的物质的量为1000L×20%÷22.4L/mol，根据电子守恒可知，消耗CH4体积为1000L×20%÷22.4L/mol××22.4L/mol=100L=0.1m3。