19.CO
2和CH
4是兩種主要的溫室氣體,以CH
4和CO
2為原料制造更高價(jià)值的化學(xué)產(chǎn)品是用來(lái)緩解溫室效應(yīng)的研究方向,回答下列問(wèn)題:
(1)工業(yè)上CH
4-H
2O催化重整是目前大規(guī)模制取合成氣(CO和H
2混合氣稱(chēng)為合成氣)的重要方法,其原理為:
反應(yīng)Ⅰ:CH
4(g)+H
2O(g)?CO(g)+3H
2(g);△H
1=+206.4kJ?mol
-1反應(yīng)Ⅱ:CO(g)+H
2O(g)?CO
2(g)+H
2(g);△H
2=-41kJ?mol
-1CH
4(g)和H
2O(g)反應(yīng)生成CO
2(g)和H
2(g)的熱化學(xué)方程式是
。
(2)將1mol CH
4(g)和1mol H
2O(g)加入恒溫恒壓的密閉容器中(溫度298K、壓強(qiáng)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(CH
4)×p(H
2O),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)CH
4分解20%時(shí),v
正=
kPa?s
-1。
(3)將CO
2和CH
4在一定條件下反應(yīng)可制得合成氣,在1L密閉容器中通入CH
4與CO
2,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):CH
4(g)+CO
2(g)?2CO(g)+2H
2(g),測(cè)得CH
4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示:
①壓強(qiáng)P
1、P
2、P
3、P
4由小到大的關(guān)系為
。
②對(duì)于氣相反應(yīng),用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)p(B)代替物質(zhì)的量濃度c(B)也可表示平衡常數(shù)(記作K
p),如果P
4=2MPa,求x點(diǎn)的平衡常數(shù)K
p=
(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算)。
③下列措施中能使平衡正向移動(dòng)的是
(填字母)。
a.升高溫度 b.增大壓強(qiáng) c.保持溫度、壓強(qiáng)不變,充入He d.恒溫、恒容,再充入1mol CO
2和1mol CH
4(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CO
2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(shí),M為
極(填“正”或“負(fù)”),導(dǎo)線中通過(guò)2mol電子后,假定體積不變M極電解質(zhì)溶液的pH
(填“增大”、“減小”或“不變”),N極電解質(zhì)溶液變化的質(zhì)量△m=
g。