甲烷作为--种清洁能源在化学领域有着广泛的应用,请回答下列问题:
(1)高炉冶铁是利用甲烷在催化反应室中产生的水煤气(CO和H2)来还原氧化铁,甲烷催化过程中发生的反应为CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H=+260 kJ/mol
已知:2CO(g) +O2(g)=2CO2(g) △H =-566 kJ/mol.
则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为___________________。
(2)一定温度下,向2 L的恒容密闭容器中通入等量的CH4和H2O(g),发生反应:CH4 (g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g) △H>0,CH4的物质的量浓度与时间的关系如图所示。
①0~10 min内,CO的平均反应速率v(CO)=_____________。
②该温度下反应的平衡常数K的数值为_________________。
(3)甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)的装置如图所示:
通CH4的电极为______极;正极反应式为_________________。
答案:
2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) △H=-46kJ/mol 0.1mol·L-1·min-1 108 负 O2+2H2O+4e-=4OH-
【解析】
本题考查化学反应原理从盖斯定律、化学平衡计算、电极反应式的书写等角度进行分析;
(1)CH4与O2反应的方程式为2CH4+O2→2CO+4H2,CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=+260 kJ·mol-1①,2CO(g) +O2(g)=2CO2(g)△H =-566 kJ·mol-1②,①×2+②得到2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)△H=2×(+260kJ·mol-1)-566kJ·mol-1=-46kJ·mol-1;
(2) ,
①根据化学反应速率的数学表达式,v(CO)= =0.1mol/(L·min);
②根据化学平衡常数的表达式,K==108;
(3)该装置为燃料电池,通燃料一极为负极,通氧气一极为正极,因此通甲烷一极为负极,电解质为KOH溶液,正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-。