Question

【題目】可燃冰(天然氣水合物，可用CH4xH2O表示)的開采和利用，既有助于解決人類面臨的能源危機，又能生產一系列的工業(yè)產品。

(1)可燃冰在一定條件下能夠釋放出CH4氣體，該條件是________(填“低溫、高壓”或“高溫、低壓”)。

(2)熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)通常被稱為第二代燃料電池。以CH4為MCFC的燃料時，電池的工作原理如圖所示。

①CH4(g)和H2O(g)可在電池內部經(jīng)重整反應轉化為H2(g)和CO2(g)，已知CH4和H2的標準燃燒熱分別為890.3kJ/mol和285.8kJ/mol，H2O(l)=H2O(g) H=+41 kJ/mol，則甲烷重整反應的熱化學方程式為CH4(g)+2H2O(g)=4H2(g)+CO2(g) H=________kJ/mol。

②圖中電極A為燃料電池的________(填“正極”或“負極”)，電極B上的電極反應式為________。

(3)在壓強為p的恒壓容器中，CH4在電弧爐的作用下制取乙炔，化學方程式為2CH4=C2H2+3H2。下表為反應體系的物料衡算表。

成分	進料	出料
	純CH4	CH4	C2H2	H2
物質的量(mol)	44.8	19.13	8.96	39.5

①計算可知C2H2的產率α=________。

②出料中C2H2和H2的物質的量之比并不等于1:3，可能的原因是________。

Answer 1

【答案】高溫、低壓 +170.9kJ/mol 負極 O2+4e-+2CO2=CO32- 40% 該反應存在較多副反應(或甲烷、乙炔分解或乙炔與氫氣發(fā)生加成反應等)

【解析】

(1)高溫、低壓條件有利于CH4的逸出；

(2)①根據(jù)蓋斯定律計算；

②燃料電池中，通入燃氣的一極是負極，通入空氣的一極是正極，電解質是熔融碳酸鹽；

(3)①產率=×100%；

②有產生氫氣的副反應存在導致出料中C2H2和H2的物質的量之比不等于1:3。

(1)可燃冰釋放出CH4的過程中是產生氣體的過程，高溫、低壓條件有利于CH4的逸出；

(2)①由題意可知：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+H2O(l) H1=-890.3kJ/mol；②H2(g)+O2(g)= H2O(l) H2=-285.8kJ/mol；③H2O(l)=H2O(g) H3=+41kJ/mol；根據(jù)蓋斯定律，①-4②-2③可得CH4(g)+2H2O(g)=4H2(g)+CO2(g) H=-890.3+285.8×4-41×2=+170.9kJ/mol；

②燃料電池中，通入燃氣的一極是負極，通入空氣的一極是正極，電解質是熔融碳酸鹽，則正極的電極反應式為O2+4e-+2CO2=CO32-；

(3)①題中所給數(shù)據(jù)，理論產量為22.4mol，實際生成C2H2為8.96mol，則產率==40%；

②出料中C2H2和H2的物質的量之比并不等于1:3，可能的原因是該反應存在較多副反應(或甲烷、乙炔分解或乙炔與氫氣發(fā)生加成反應等)。