Question

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_________________。

Answer

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－。