天然气是一种重要的清洁能源和化工原料,其主要成分为甲烷.(1)工业上可用煤制天然气,生产过程中有多种途径生成CH4.①写出CO2与H2反应生成CH4和H2O的热化学方程式.已知:CO(g)+
(1)工业上可用煤制天然气,生产过程中有多种途径生成CH4.
①写出CO2与H2反应生成CH4和H2O的热化学方程式___.
已知:
CO(g)+H2O(g)⇌H2(g)+CO2(g)△H1=-41kJ•mol-1
C(s)+2H2(g)⇌CH4(g)△H2=-73kJ•mol-1 2CO(g)⇌C(s)+CO2(g)△H3=-171kJ•mol-1
②科学家用氮化镓材料与铜组装如图的人工光合系统:


(2)天然气制取H2的原理为:CO2(g)+CH4(g)═2CO(g)+2H2(g).在密闭容器中通入浓度均为0.125mol•L-1的CH4与CO2,在一定条件下发生反应,测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图1所示,则压强P1___P2(填“>”或“<”);压强为P2时,在Y点:v(正)___v(逆)(填“>”、“<”或“=”);求温度为1100℃,压强为P2时该反应的平衡常数K=___(计算结果保留三位有效数字).
(3)天然气也可重整生产化工原料,最近科学家们利用天然气无氧催化重整获得芳香烃X.由质谱分析得X的相对分子质量为106,其核磁共振氢谱如上图2,则X的结构简式为___.(相对原子量:C-12 H-1)
Ⅱ.C(s)+2H2(g)⇌CH4(g)△H2=-73kJ•mol-1
Ⅲ.2CO(g)⇌C(s)+CO2(g)△H3=-171kJ•mol-1
根据盖斯定律,Ⅲ-Ⅰ×2+Ⅱ可得:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)△H=-162kJ•mol-1,
故答案为:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)△H=-162kJ•mol-1;
②由电池装置图可知,Cu电极上二氧化碳得电子生成甲烷,则Cu电极上的电极反应为:CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O,可向装置中加入少量的酸作电解质,由于盐酸易挥发,生成的甲烷中会混有HCl气体,所以选用硫酸,不用盐酸,
故答案为:CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O;硫酸;
(2)温度一定时,增大压强平衡逆向移动,甲烷的转化率减小,故压强P1
2;
Y点甲烷转化率小于同温同压下平衡时转化率,故Y点向正反应进行建立平衡,则v(正)>v(逆;
温度为1100℃,压强为P2时甲烷的转化率为80%,则平衡时甲烷浓度变化量为0.125mol•L-1×80%=0.1mol,则:
CO2(g)+CH4(g)═2CO(g)+2H2(g)
起始浓度(mol/L):0.125 0.125 0 0
变化浓度(mol/L):0.1 0.1 0.2 0.2
平衡浓度(mol/L):0.025 0.025 0.2 0.2
故平衡常数K=
=c2(CO)×c2(H2) c(CO2)×c(CH4)
(mol.L)2=2.56 mol2•L-2,0.22×0.22 0.025×0.025
故答案为:<;>2.56 mol2•L-2;
(3)芳香烃X的相对分子质量为l06,设其分子式为CxHy,由
=8…10,可知分子式为C8H10,分子中含有一个苯环,为苯的同系物,核磁共振氢谱中有2个峰,可知分子中含有2种环境的H,应含有2个甲基且处于对位位置,则X的结构简式为106 12 ,
故答案为:.
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