Question

CCS 技术是将工业和有关能源产业中所生产的CO₂进行捕捉与封存的技术，被认为是拯救地球、应对全球气候变化最重要的手段之一．其中一种以天燃气为燃料的“燃烧前捕获系统”的简单流程图如图所示（部分条件及物质未标出）．回答下列问题：

（1）CH₄在催化剂作用下实现第一步，也叫CH₄不完全燃烧，1gCH₄不完全燃烧反应放出2.21kJ热量，写出该反应的热化学方程式

 

．
（2）第二步中进行的反应为：CO（g）+H₂O（g）?CO₂+H₂（g）；△H=-41kJ?mol^-1，仅改变下列条件，不能使正反应速率增大的是

 

．
A．升高温度    B．增大密闭容器的容积    C．使用催化剂    D．增大压强
（3）设该系统每步均按上述转化完全进行，作氧化剂的物质有

 

种．最终分离得到的n（CO₂）：n（H₂）=

 

．在实际生产中，得到n（CO₂）：n（H₂）比值偏高，可能的原因是

 

．
（4）储氢合金LaNi₅H₆是常见镍氢电池的负极材料，其电池反应通常表示为：LaNi₅H₆+6NiO（OH）?LaNi₅+6Ni（OH）₂，放电时正极反应为

 

，充电时阳极周围PH值将

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析：（1）根据流程图可知甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和氢气，依据热化学方程式的书写方法写出，标注物质聚集状态和对应焓变；
（2）根据升温、加压、增大浓度、使用催化剂等可加快化学反应速率来解答；
（3）在氧化还原反应中有元素化合价降低的物质为氧化剂；根据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）放电时，LaNi₅H₆中H元素被氧化，为电池的负极，NiO（OH）被还原，为电池的正极，充电过程为放电过程的逆反应，充电时阳极周围PH值将减小，据此分析解答．

解答：解：（1）根据流程图可知甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和氢气，1gCH₄燃烧生成一氧化碳和氢气放热2.21kJ，16g甲烷燃烧生成二氧化碳和液态水放出热量16×2.21kJ=35.36KJ，16g甲烷为1mol，则甲烷不完全燃烧的热化学方程式为：2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72  kJ?mol^-1，
故答案为：2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.72  kJ?mol^-1；
（2）A．升高温度，活化分子的百分数增大，化学反应速率加快；B．增大密闭容器的容积因体积增大，单位体积活化分子的数目减少，反应速率减慢；C．使用催化剂降低反应所需的活化能，能使化学反应速率加快；D．增大压强，因体积缩小会增加反应物和生成物的浓度，单位体积活化分子的数目增多，反应速率加快；
故选B．
（3）第一步反应2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g），氧气中氧元素的化合价从0价降为一氧化碳中的-2价，所以氧气为氧化剂；第二步CO（g）+H₂O（g）?CO₂+H₂（g）水中的氢元素从+1价降低为氢气中的0价，水是氧化剂，第三步未发生氧化还原反应，所以氧化剂共2种；
假设有2mol甲烷参加反应，根据第一步反应2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g），生成2mol一氧化碳和4mol氢气，根据第二步CO（g）+H₂O（g）?CO₂+H₂（g），2mol一氧化碳参加反应，生成2mol二氧化碳和2mol氢气，所以最终生成2mol二氧化碳和6mol氢气，n（CO₂）：n（H₂）=1：3；
空气中含有二氧化碳、甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水，实际生产中，得到n（CO₂）：n（H₂）比值偏高，可能的原因是：甲烷有部分完全燃烧，或空气中带入CO₂；
故答案为：2； 1：3； 甲烷有部分完全燃烧，或空气中带入CO₂；
（4）放电时，LaNi₅H₆中H元素被氧化，为电池的负极，电极反应为LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6H₂O，原电池正极NiO（OH）被还原，生成Ni（OH）₂，电极反应为6NiO（OH）+6e^-+6H₂O=6Ni（OH）₂+6OH^-，充电过程为放电过程的逆反应，充电时，阳极发生反应6Ni（OH）₂+6OH^--6e^-=6NiO（OH）+6H₂O，c（OH^-）减小，所以充电时阳极周围pH值将减小，
故答案为：6NiO（OH）+6H₂O+6e^-=6Ni（OH）₂+6OH^-；减小．

点评：本题考查化学平衡移动的影响因素，原电池、电解池原理的理解和应用，书写电极反应是该题的难点，题目难度中等．