氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点．已知：①CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2△H=+206.2kJ•mol-1；②CH4（g）+CO2（g）⇌2CO（g）+2H2△H=+247.4kJ•mol-1；③2H2S（g）

Question

氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点．
已知：①CH₄（g）+H₂O（g）⇌CO（g）+3H₂△H=+206.2kJ•mol^-1；
②CH₄（g）+CO₂（g）⇌2CO（g）+2H₂△H=+247.4kJ•mol^-1；
③2H₂S（g）⇌2H₂（g）+S₂（g）△H=+169.8kJ•mol^-1；

（1）以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法．CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO₂（g）和H₂（g）的热化学方程式为___．
（2）在密闭容器中充入一定量的H₂S，发生反应③．如图所示为H₂S气体分解生成H₂和S₂（g）的平衡转化率与温度、压强的关系．
①图中压强（p₁、p₂、p₃）的大小顺序为___，理由是___．
②该反应平衡常数的大小关系为K（T₁）___（填“>”、“<”或“=”）K（T₂），理由是___．
③图中M点的平衡常数K_p=___MPa^-1（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）
④如果想进一步提高H₂S的转化率，除改变温度、压强外，还可以采取的措施有___．
（3）氢气燃料电池能大幅度提高能量的转化率．甲烷-空气碱性（KOH为电解质）燃料电池的负极反应式为___．相同条件下，甲烷燃料电池与氢气燃料电池的能量密度之比为___ （单位质量的输出电能叫能量密度，能量密度之比等于单位质量的可燃物转移电子数之比）．

Answer 1

（1）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=206.2kmol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=247.4kJmol^-1
据盖斯定律，①×2-②得：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=165.0kmol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kmol^-1；
（2）①2H₂S（g）⇌2H₂（g）+S₂（g）△H=+169.8kJ•mol^-1，反应是气体体积增大的反应，温度不变，压强增大平衡逆向进行，H₂S的转化率减小，则压强关系为：P₁23，
故答案为：P₁23，该可逆反应的正反应是气体分子数增大的反应，相同温度下，增大压强平衡逆向进行，H₂S的转化率减小；
②反应是吸热反应，平衡移动原理可知，升温平衡正向进行，图分析可知升温H₂S的转化率增大，说明升温平衡正向进行，平衡常数增大，K（T₁）2），
故答案为：<，该可逆反应的正反应是吸热反应，升高温度，平衡常数增大；
③M点的H₂S转化率为50%，总压为5MPa，设H₂S起始量为2mol，
                2H₂S（g）⇌2H₂（g）+S₂（g）
起始量（mol）    2          0      0
变化量（mol）    1          1      0.5
平衡量（mol）    1          1       0.5
Kp=(Kp2(H2)Kp(S2))/(Kp2(H2S))=((5×(1)/(2.5))2×5×(0.5)/(2.5))/((5×(1)/(2.5))2)=1，
故答案为：1；
④如果想进一步提高H₂S的转化率，除改变温度、压强外，可以减少生成物浓度促进平衡正向进行，提高硫化氢的转化率，采取的措施有及时分离出产物，
故答案为：及时分离出产物；
（3）甲烷-空气碱性（KOH为电解质）燃料电池的负极反应式为CH₄-8e^一+10OH^-=CO₃^2-+7H₂0，设甲烷和氢气质量为16g，则预计电极反应计算电子转移总数计算得到能量密度之比，CH₄-8e^一+10OH^-=CO₃^2-+7H₂0，16g甲烷燃烧电子转移8mol，16g氢气物质的量8mol，电子转移16mol，H₂-2e^-=2H⁺，所以相同条件下，甲烷燃料电池与氢气燃料电池的能量密度之比为8：16=1：2，
故答案为：CH₄-8e^一+10OH^-=CO₃^2-+7H₂0； 1：2．