Question

CCS 技術是將工業和有關能源產業中所生產的CO₂進行捕捉與封存的技術，被認為是拯救地球、應對全球氣候變化最重要的手段之一．其中一種以天燃氣為燃料的“燃燒前捕獲系統”的簡單流程圖如圖所示（部分條件及物質未標出）．回答下列問題：

（1）CH₄在催化劑作用下實現第一步，也叫CH₄不完全燃燒，1gCH₄不完全燃燒反應放出2.21kJ熱量，寫出該反應的熱化學方程式

 

．
（2）第二步中進行的反應為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂+H₂（g）；△H=-41kJ?mol^-1，僅改變下列條件，不能使正反應速率增大的是

 

．
A．升高溫度    B．增大密閉容器的容積    C．使用催化劑    D．增大壓強
（3）設該系統每步均按上述轉化完全進行，作氧化劑的物質有

 

種．最終分離得到的n（CO₂）：n（H₂）=

 

．在實際生產中，得到n（CO₂）：n（H₂）比值偏高，可能的原因是

 

．
（4）儲氫合金LaNi₅H₆是常見鎳氫電池的負極材料，其電池反應通常表示為：LaNi₅H₆+6NiO（OH）?LaNi₅+6Ni（OH）₂，放電時正極反應為

 

，充電時陽極周圍PH值將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析：（1）根據流程圖可知甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和氫氣，依據熱化學方程式的書寫方法寫出，標注物質聚集狀態和對應焓變；
（2）根據升溫、加壓、增大濃度、使用催化劑等可加快化學反應速率來解答；
（3）在氧化還原反應中有元素化合價降低的物質為氧化劑；根據2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）；CO（g）+H₂O（g）?CO₂+H₂（g）；求解n（CO₂）：n（H₂）并分析原因；
（4）放電時，LaNi₅H₆中H元素被氧化，為電池的負極，NiO（OH）被還原，為電池的正極，充電過程為放電過程的逆反應，充電時陽極周圍PH值將減小，據此分析解答．

解答：解：（1）根據流程圖可知甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和氫氣，1gCH₄燃燒生成一氧化碳和氫氣放熱2.21kJ，16g甲烷燃燒生成二氧化碳和液態水放出熱量16×2.21kJ=35.36KJ，16g甲烷為1mol，則甲烷不完全燃燒的熱化學方程式為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72  kJ?mol^-1，
故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72  kJ?mol^-1；
（2）A．升高溫度，活化分子的百分數增大，化學反應速率加快；B．增大密閉容器的容積因體積增大，單位體積活化分子的數目減少，反應速率減慢；C．使用催化劑降低反應所需的活化能，能使化學反應速率加快；D．增大壓強，因體積縮小會增加反應物和生成物的濃度，單位體積活化分子的數目增多，反應速率加快；
故選B．
（3）第一步反應2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g），氧氣中氧元素的化合價從0價降為一氧化碳中的-2價，所以氧氣為氧化劑；第二步CO（g）+H₂O（g）?CO₂+H₂（g）水中的氫元素從+1價降低為氫氣中的0價，水是氧化劑，第三步未發生氧化還原反應，所以氧化劑共2種；
假設有2mol甲烷參加反應，根據第一步反應2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g），生成2mol一氧化碳和4mol氫氣，根據第二步CO（g）+H₂O（g）?CO₂+H₂（g），2mol一氧化碳參加反應，生成2mol二氧化碳和2mol氫氣，所以最終生成2mol二氧化碳和6mol氫氣，n（CO₂）：n（H₂）=1：3；
空氣中含有二氧化碳、甲烷完全燃燒生成二氧化碳和水，實際生產中，得到n（CO₂）：n（H₂）比值偏高，可能的原因是：甲烷有部分完全燃燒，或空氣中帶入CO₂；
故答案為：2； 1：3； 甲烷有部分完全燃燒，或空氣中帶入CO₂；
（4）放電時，LaNi₅H₆中H元素被氧化，為電池的負極，電極反應為LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6H₂O，原電池正極NiO（OH）被還原，生成Ni（OH）₂，電極反應為6NiO（OH）+6e^-+6H₂O=6Ni（OH）₂+6OH^-，充電過程為放電過程的逆反應，充電時，陽極發生反應6Ni（OH）₂+6OH^--6e^-=6NiO（OH）+6H₂O，c（OH^-）減小，所以充電時陽極周圍pH值將減小，
故答案為：6NiO（OH）+6H₂O+6e^-=6Ni（OH）₂+6OH^-；減�。�

點評：本題考查化學平衡移動的影響因素，原電池、電解池原理的理解和應用，書寫電極反應是該題的難點，題目難度中等．