Question

【題目】(1)甲烷重整是先進的制氫方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反應(yīng)系統(tǒng)同時通入甲烷、氧氣和水蒸氣，發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)有：

反應(yīng)過程	化學(xué)方程式	焓變ΔH(kJ·mol－1)
甲烷 氧化	CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)	ΔH1
	CH4(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2(g)	-322.0
蒸汽 重整	CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)	+206.2
	CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)	+165.0

①反應(yīng)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)的ΔH=________kJ·mol－1。

②甲烷的燃燒熱為ΔH2，則ΔH2________ΔH1(填“>”“＝”或“<”)。

(2)二氧化碳是地球溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)�，目前人們處理二氧化碳的方法之一是使其與氫氣合成為甲醇，甲醇是汽車燃料電池的重要燃料。已知氫氣、甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式：

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)　ΔH=-570 kJ·mol－1�、�

CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-726.0 kJ·mol－1�、�

寫出二氧化碳與氫氣合成甲醇液體的熱化學(xué)方程式：___________。

(3)有科技工作者利用稀土金屬氧化物作為固體電解質(zhì)制造出了甲醇空氣燃料電池。這種稀土金屬氧化物在高溫下能傳導(dǎo)O2-。

①這個電池的正極發(fā)生的反應(yīng)是_______；負極發(fā)生的反應(yīng)是________。

②在稀土氧化物的固體電解質(zhì)中，O2-的移動方向是________。

Answer 1

【答案】-41.2 < CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)　 ΔH=-129kJ/mol O2+4e-=2O2- CH3OH+3O2--6e-=CO2↑+2H2O 正極移向負極

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，由蒸汽重整的兩個反應(yīng)方程式疊加，就可得到待求的熱反應(yīng)方程式。反應(yīng)物能量相等，生成物含有的能量越多，反應(yīng)放出的熱量就越少。

(2)將兩個熱化學(xué)方程式疊加，可得二氧化碳與氫氣合成甲醇液體的熱化學(xué)方程式；

(3)①燃料電池中依據(jù)原電池工作原理，正極是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電解質(zhì)是固體，氧氣得到電子生成氧離子；甲醇在負極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳；

②原電池中陰離子移向負極。

(1)由蒸汽重整的兩個反應(yīng)

①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)，ΔH=+206.2kJ/mol

②CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)，ΔH=+165.0kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律②-①，整理可得反應(yīng)：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)，△H=165.0kJ/mol-206.2kJ/mol=-41.2kJ/mol；

甲烷的燃燒熱是1mol甲烷完全燃燒產(chǎn)生CO2氣體和液態(tài)水時放出的熱量，由于等質(zhì)量的氣態(tài)水含有的能量比液態(tài)水多，所以1mol甲烷反應(yīng)產(chǎn)生液態(tài)水放出是熱量比產(chǎn)生氣態(tài)水放熱多，反應(yīng)放出的熱量越多，反應(yīng)熱就越小，因此ΔH2＜ΔH1；

(2)①2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)　ΔH=-570 kJ·mol－1

②CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-726.0 kJ·mol－1

根據(jù)蓋斯定律①×-②，整理可得CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-129kJ/mol；

(3)①甲醇一空氣燃料電池中，氧氣在正極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)生成O2-，電極反應(yīng)為：O2+4e-=2O2-；甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：CH3OH+3O2--6e-=CO2↑+2H2O；

②依據(jù)電極反應(yīng)分析可知原電池中陰離子移向負極，O2-從正極流向負極移動。