工業(yè)上利用天然氣(主要成分是CH
4)與H
2O進(jìn)行高溫重整制備合成氣(CO+H
2),CO和H
2在一定條件下能制備甲醛、甲醚等多種有機(jī)物.已知CH
4、H
2和CO的燃燒熱(△H)分別為-890.3kJ?mol
-1、-285.8kJ?mol
-1和-283.0kJ?mol
-1;18.0g水蒸氣液化時(shí)的能量變化為44.0kJ.
(1)寫出甲烷與水蒸氣在高溫下反應(yīng)制合成氣的熱化學(xué)方程式
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.1kJ?mol-1
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.1kJ?mol-1
.
(2)在一定條件下,向體積固定為2L的密閉容器中充入0.40mol CH
4(g)和0.60mol H
2O(g),測得CH
4(g)和H
2(g)的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化的曲線如圖所示.
3min時(shí)改變條件,反應(yīng)進(jìn)行到4min時(shí),體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量如下表所示:
t/min |
n(CH4)/mol |
n(H2O)/mol |
n(CO)/mol |
n(H2)/mol |
4 |
0.18 |
0.38 |
0.22 |
0.66 |
則3~4min之間,平衡向
正
正
(填“正”或“逆”)反應(yīng)方向移動(dòng),3min時(shí)改變的條件是
升高溫度
升高溫度
.
(3)已知溫度、壓強(qiáng)和碳水比[
]對該反應(yīng)的影響如圖所示.
①圖l中,兩條曲線所示溫度的關(guān)系:t
1<
<
t
2(填“>”、“<”或“=”,下同).
②圖2中,兩條曲線所示碳水比的關(guān)系:x
1>
>
x
2.
③圖3中,兩條曲線所示壓強(qiáng)的關(guān)系:p
1>
>
p
2.
(4)以天然氣(假設(shè)雜質(zhì)不參與反應(yīng))為原料的燃料電池示意圖如圖所示.
①放電時(shí),正極的電極反應(yīng)式為
O2+4e-+2H2O=4OH-
O2+4e-+2H2O=4OH-
.
②假設(shè)裝置中盛裝100.0mL 3.0mol?L
-1 KOH溶液,放電時(shí)參與反應(yīng)的氧氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為8 960mL.放電完畢后,電解質(zhì)溶液中各離子濃度的大小關(guān)系為
c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)
c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)
.