工业上利用天然气（主要成分是CH4）与H2O进行高温重整制备合成气（CO+H2），CO和H2在一定条件下能制备甲醛、甲醚等多种有机物．已知CH4、H2和CO的燃烧热（△H）分别为-890.3kJ•mol-1、-285.8kJ

Question

工业上利用天然气（主要成分是CH₄）与H₂O进行高温重整制备合成气（CO+H₂），CO和H₂在一定条件下能制备甲醛、甲醚等多种有机物．已知CH₄、H₂和CO的燃烧热（△H）分别为-890.3kJ•mol^-1、-285.8kJ•mol^-1和-283.0kJ•mol^-1；18.0g水蒸气液化时的能量变化为44.0kJ．

（1）写出甲烷与水蒸气在高温下反应制合成气的热化学方程式___．
（2）在一定条件下，向体积固定为2L的密闭容器中充入0.40mol CH₄（g）和0.60mol H₂O（g），测得CH₄（g）和H₂（g）的物质的量浓度随时间变化的曲线如图4所示．
3min时改变条件，反应进行到t₁min时，体系中各物质的物质的量如下表所示：

t/min	n（CH4）/mol	n（H2O）/mol	n（CO）/mol	n（H2）/mol
t1	0.18	0.38	0.22	0.66

则3～t₁min之间，平衡向___（填“正”或“逆”）反应方向移动，3min时改变的条件是___．
（3）已知温度、压强和碳水比[ (n(CH4))/(n(H2O))]对该反应的影响如图所示．
①图l中，两条曲线所示温度的关系：t₁___t₂（填“>”、“<”或“=”，下同）．
②图2中，两条曲线所示碳水比的关系：x₁___x₂．
③图3中，两条曲线所示压强的关系：p₁___p₂．
（4）氢气也可利用电解尿素制备．电解尿素[CO（NH₂）₂]的碱性溶液制氢的装置示意图5图（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）．电解时，阳极的电极反应式为___．

Answer 1

（1）已知：①H₂（g）+(1)/(2)O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
②CO（g）+(1)/(2)O₂（g）=CO₂（g） ）△H=-283.0kJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l））△H=-890.3kJ•mol^-1，
④H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1，
利用盖斯定律将④+③-②-3×①可得：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）
△H=（-44.0kJ•mol^-1）+（-890.3kJ•mol^-1）-（-283.0kJ•mol^-1）-3×（-285.8kJ•mol^-1）=+206.1 kJ•mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1 kJ•mol^-1；
（2）根据图象可知3min时，平衡时甲烷的浓度为0.1mol/L，氢气的浓度为0.3mol/L，则：
             CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）
开始（mol/L）：0.2      0.3      0      0
变化（mol/L）：0.1      0.1      0.1    0.3
平衡（mol/L）：0.1      0.2      0.1    0.3
4min时甲烷的浓度为0.09mol/L，浓度减小0.1-0.09=0.01
水的浓度为0.19mol，浓度减小0.2-0.19=0.01；
CO的浓度为0.11，浓度增大0.11-0.1=0.01
氢气的浓度为0.33，浓度增大0.33-0.3=0.03
浓度变化量之比为1：1：1：3，等于化学计量数之比，应是改变温度平衡向正反应方向移动，该反应正反应是吸热反应，故3min改变条件为升高温度；
故答案为：正；升高温度；
（3）①该反应正反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，甲烷的含量降低，故温度t₁<t₂，故答案为：<；
②碳水比[(n(CH4))/(n(H2O))]值越大，平衡时甲烷的转化率越低，含量越高，故x₁>x₂，故答案为：>；
③该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动，平衡时甲烷的含量降低，故p₁>p₂，故答案为：>；
（4）由阳极排出液中含有大量的碳酸盐成份，尿素在阳极参与反应，则阳极反应式为CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-═CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，
由图可知，阴极生成氢气，则阴极反应为6H₂O+6e^-═3H₂↑+6OH^-，总反应为CO（NH₂）₂+2KOH═K₂CO₃+N₂↑+3H₂↑，
故答案为：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-═CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．