CO和H2的混合气体俗称合成气,是一种重要的工业原料气,工业上利用天然气(主要成分为CH4)与水进行高温重整制备合成气。
(1)已知:CH4、H2和CO的燃烧热(△H)分别为-890.3kJ/mol、-285.8kJ/mol和-283.0kJ/mol,且1mol液态水汽化时的能量变化为44.0kJ。用1 m3(标准状况)的甲烷与水蒸气在高温下反应制取合成气所需的热量为 (保留整数)。
(2)在一定温度下,向体积为2L的密闭容器中充入0.40mol CH4和0.60mol H2O(g),测得CH4(g)和H2(g)的物质的量浓度随时间变化如下表所示:
物质浓度 时间/min |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
CH4 |
0.2mol·L-1 |
0.13 mol·L-1 |
0.1 mol·L-1 |
0.1 mol·L-1 |
0.09 mol·L-1 |
H2 |
0 mol·L-1 |
0.2 mol·L-1 |
0.3 mol·L-1 |
0.3 mol·L-1 |
0.33 mol·L-1 |
①计算该反应第一次达平衡时的平衡常数K 。
②3min时改变的反应条件是 (只填一种条件的改变即可)。
(3)已知温度、压强、投料比X[n(CH4)/n(H2O)]对该反应的影响如图所示。
①图1中的两条曲线所示投料比的关系X1 X2(填“=”、“>”或“<”下同)。
②图2中两条曲线所示的压强比的关系:P1 P2。
(4)以天然气(设杂质不参与反应)、KOH溶液为原料可设计成燃料电池:
①放电时,负极的电极反应式为 。
②设装置中盛有100.0mL 3.0mol/L KOH溶液,放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为8.96L,放电过程中没有气体逸出,则放电完毕后,所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为 。