CO2和CH4是兩種主要的溫室氣體,以CH4和CO2為原料制造更高價值的化學(xué)產(chǎn)品是用來緩解溫室效應(yīng)的研究方向,回答下列問題:
(1)工業(yè)上CH4-H2O催化重整是目前大規(guī)模制取合成氣(CO和H2混合氣稱為合成氣)的重要方法,其原理為:
反應(yīng)Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g);△H1=+206.4kJ?mol-1
反應(yīng)Ⅱ:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g);△H2=-41kJ?mol-1
CH4(g)和H2O(g)反應(yīng)生成CO2(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式是
CH4(g)+2H2O(g)?CO2(g)+4H2(g)△H=+165.4kJ?mol-1
CH4(g)+2H2O(g)?CO2(g)+4H2(g)△H=+165.4kJ?mol-1
。
(2)將1mol CH4(g)和1mol H2O(g)加入恒溫恒壓的密閉容器中(溫度298K、壓強100kPa),發(fā)生反應(yīng)Ⅰ,不考慮反應(yīng)Ⅱ的發(fā)生,該反應(yīng)中,正反應(yīng)速率v正=k正×p(CH4)×p(H2O),p為分壓(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)),若該條件下k正=4.5×10-4kPa-1?s-1,當(dāng)CH4分解20%時,v正=0.5
0.5
kPa?s-1。
(3)將CO2和CH4在一定條件下反應(yīng)可制得合成氣,在1L密閉容器中通入CH4與CO2,使其物質(zhì)的量濃度均為1.0mol?L-1,在一定條件下發(fā)生反應(yīng):CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g),測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強的關(guān)系如圖1所示:
①壓強P1、P2、P3、P4由小到大的關(guān)系為p1<p2<p3<p4
p1<p2<p3<p4
。
②對于氣相反應(yīng),用某組分(B)的平衡壓強p(B)代替物質(zhì)的量濃度c(B)也可表示平衡常數(shù)(記作Kp),如果P4=2MPa,求x點的平衡常數(shù)Kp=(用平衡分壓代替平衡濃度計算)。
③下列措施中能使平衡正向移動的是acd
acd
(填字母)。
a.升高溫度 b.增大壓強 c.保持溫度、壓強不變,充入He d.恒溫、恒容,再充入1mol CO2和1mol CH4
(4)科學(xué)家還研究了其他轉(zhuǎn)化溫室氣體的方法,利用如圖2所示裝置可以將CO2轉(zhuǎn)化為氣體燃料紫外光CO(電解質(zhì)溶液為稀硫酸),該裝置工作時,M為負(fù)
負(fù)
極(填“正”或“負(fù)”),導(dǎo)線中通過2mol電子后,假定體積不變M極電解質(zhì)溶液的pH不變
不變
(填“增大”、“減小”或“不變”),N極電解質(zhì)溶液變化的質(zhì)量△m=18
18
g。