Question

15．CO₂和CH₄是兩種重要的溫室氣體，通過CH₄和CO₂的反應，制造更高價值的化學品是目前的研究目標．250℃時，以鎳合金為催化劑，發(fā)生如下反應：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）
（1）此溫度下該反應的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{[CO]^{2}•[{H}_{2}]^{2}}{[C{O}_{2}]•[C{H}_{4}]}$．
（2）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=+2.8kJ•mol^-1
③2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
反應CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的△H=+247.3kJ•mol^-1；
（3）利用上述反應①設計燃料電池（電解質溶液為氫氧化鉀溶液），寫出電池負極的電極反應式CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積回答；
（2）已知CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ•mol^-1 ①
CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H=2.8kJ•mol^-1 ②
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1 ③
根據(jù)蓋斯定律，由①+②×2-③×2得CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△，據(jù)此計算；
（3）甲烷在原電池的負極發(fā)生氧化反應，在堿性環(huán)境中生成碳酸根離子，據(jù)此分析．

解答 解：（1）平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，則CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{[CO]^{2}•[{H}_{2}]^{2}}{[C{O}_{2}]•[C{H}_{4}]}$；
故答案為：$\frac{[CO]^{2}•[{H}_{2}]^{2}}{[C{O}_{2}]•[C{H}_{4}]}$；
（2）已知CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ•mol^-1 ①
CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H=2.8kJ•mol^-1 ②
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1 ③
根據(jù)蓋斯定律，由①+②×2-③×2得，CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H=-890.3kJ•mol^-1+2.8kJ•mol^-1×2+566.0kJ•mol^-1×2=+247.3 kJ•mol^-1，
故答案為：+247.3；
（3）甲烷在原電池的負極失電子發(fā)生氧化反應，在堿性環(huán)境中生成碳酸根離子，電極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．

點評 本題主要考查了化學反應平衡常數(shù)表達式、蓋斯定律的應用、電極反應式的書寫，題目難度中等．