天然气、沼气的主要成分是什么？

主要成分是：甲烷

简介：

甲烷是结构最简单的碳氢化合物。广泛存在于天然气、沼气、煤矿坑井气之中，是优质气体燃料，也是制造合成气和许多化工产品的重要原料。从分子的层面上来说，甲烷是一种比二氧化碳更加活跃的温室气体，但它在大气中数量较少。

基本信息：

甲烷，化学式CH4，是最简单的烃，由一个碳和四个氢原子通过sp3杂化的方式组成，因此甲烷分子的结构为分子结构图正四面体结构，四个键的键长相同键角相等。在标准状态下甲烷是一无色无味气体。一些有机物在缺氧情况下分解时所产生的沼气其实就是甲烷。从理论上说，甲烷的键线式可以表示为一个点“·”，但实际并没有看到过有这种用法，可能原因是“·”号同时可以表示电子。所以在中学阶段把甲烷视为没有键线式。

（1）Fe的原子序数为26，则基态电子排布式为[Ar]3d64s2，故答案为：[Ar]3d64s2；

（2）CO分子中C原子上有一对孤对电子，C、O原子都符合8电子稳定结构，则CO的结构式为C≡O，又等电子体中原子数和价电子数都相同，则 N2、CN-、CO的原子数都是2，价电子数都是10，则互为等电子体，

故答案为：N2；CN-；C≡O；

（3）Fe（CO）5常温下呈液态，熔沸点较低，易溶于非极性溶剂，应为分子晶体，

故答案为：分子；

（4）判断原子采取杂化方式时，先根据价层电子对互斥理论判断价层电子对，然后再确定采取的杂化方式．价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数，σ键电子对数=σ键个数=中心原子结合的原子个数，中心原子上的孤电子对数=

1

2

（a-xb），说明：对于分子，a为中心原子的价电子数，x为配位原子个数，b为配位原子最多能接受的电子数．在CH4中价层电子对数=σ键电子对数（4）+中心原子上的孤电子对数（0），所以碳原子采取sp3杂化．

在CO分子中价层电子对数=σ键电子对数（1）+中心原子上的孤电子对数（1），所以碳原子采取sp杂化．

CH3OH中，价层电子对数=σ键电子对数（4）+中心原子上的孤电子对数（0），所以碳原子采取sp3杂化；CH3OH形成分子间氢键，沸点升高，

故答案为：CH4、CH3OH；CH3OH形成分子间氢键．

（1）甲烷与氧气反应放出大量热，所以向燃烧室中通入甲烷与氧气的目的是为还原铁矿石提供热量；甲烷在点燃条件下燃烧生成二氧化碳和水，反应的化学方程式为CH4+2O2

点燃

CO2+2H2O，所以最佳体积配比V（CH4）：V（O2）为1：2；

故答案为：为还原铁矿石提供热量；1：2；

（2）①氢气与一氧化碳反应生成甲醇，其反应的方程式为：CO+2H2=CH3OH；反应物全部转化为目标产物，所以该反应的原子利用率为100%；

故答案为：CO+2H2=CH3OH；原子利用率为100%；

②以CO、H2为原料生成二甲醚，同时生成二氧化碳或水，根据原子守恒书写其反应的方程式为：2CO+4H2=CH3OCH3+H2O；3CO+3H2=CH3OCH3+CO2；

故答案为：2CO+4H2=CH3OCH3+H2O；3CO+3H2=CH3OCH3+CO2；

（3）图中所示流程联合生产甲醇、二甲醚、生铁是可行的，因为原料为甲烷、氧气等容易得到、从反应方程式可知原料利用率高、中间产物能有效地循环利用；

故答案为：可行，因为原料易得、原料利用率高、中间产物能有效地循环利用．

（1）已知：①2CH4（g）+3O2（g）=2CO（g）+4H2O（g）△H=-13026kJmol-1

②2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=-4836kJmol-1

依据盖斯定律计算（①-②×3）×

1

2

得到天然气与水蒸气在高温下反应制备合成气的热化学方程式为：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+741 kJmol-1；

故答案为：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+741 kJmol-1；

（2）①0～2min内，V（CH4）=

02mol/L01mol/L

2min

=005mol/Lmin；

一氧化碳的平均反应速率v（CO）=V（CH4）=005mol/Lmin，

故答案为：005；

②根据图象可知3min时，平衡时甲烷的浓度为01mol/L，氢气的浓度为03mol/L，则：

             CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）

开始（mol/L）：02      03      0      0

变化（mol/L）：01      01      01    03

平衡（mol/L）：01      02      01    03

4min时甲烷的浓度为009mol/L，浓度减小01-009=001

水的浓度为019mol，浓度减小02-019=001；

CO的浓度为011，浓度增大011-01=001

氢气的浓度为033，浓度增大033-03=003

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：正反应；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：＞．

（1）已知：①H2（g）+

1

2

O2（g）=H2O（l）△H=-2858kJmol-1

②CO（g）+

1

2

O2（g）=CO2（g） ）△H=-2830kJmol-1

③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l））△H=-8903kJmol-1，

④H2O（g）=H2O（l）△H=-440kJmol-1，

利用盖斯定律将④+③-②-3×①可得：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）

△H=（-440kJmol-1）+（-8903kJmol-1）-（-2830kJmol-1）-3×（-2858kJmol-1）=+2061 kJmol-1，

故答案为：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+2061 kJmol-1；

（2）根据图象可知3min时，平衡时甲烷的浓度为01mol/L，氢气的浓度为03mol/L，则：

             CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）

开始（mol/L）：02      03      0      0

变化（mol/L）：01      01      01    03

平衡（mol/L）：01      02      01    03

4min时甲烷的浓度为009mol/L，浓度减小01-009=001

水的浓度为019mol，浓度减小02-019=001；

CO的浓度为011，浓度增大011-01=001

氢气的浓度为033，浓度增大033-03=003

浓度变化量之比为1：1：1：3，等于化学计量数之比，且甲烷和水蒸气浓度减小，一氧化碳和氢气浓度增大，应是平衡向正反应方向移动，依据（1）分析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）①正极发生还原反应，氧气在正极放电生成氢氧根离子，正极电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，故答案为：O2+4e-+2H2O=4OH-；

②参与反应的氧气在标准状况下体积为8960mL，物质的量为

896L

224L/mol

=04mol，根据电子转移守恒可知，生成二氧化碳为

04mol×4

8

=02mol，n（NaOH）=01L×30molL-1=03mol，n（NaOH）：n（CO2）=03mol：02mol=3：2，介于1：1与2：1之间，故生成碳酸钾、碳酸氢钾，令碳酸钾、碳酸氢钾的物质的量分别为xmol、ymol，则x+y=02，2x+y=03，解得x=01，y=01，溶液中碳酸根水解，碳酸氢根的水解大于电离，溶液呈碱性，故c（OH-）＞c（H+），碳酸根的水解程度大于碳酸氢根，故c（HCO3-）＞c（CO32-），钾离子浓度最大，水解程度不大，碳酸根浓度原大于氢氧根离子，故c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+），

故答案为：c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+）．

太阳能优点

（1）普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，便于采集，且无须开采和运输。

（2）无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

（3）巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。

（4）长久：根据太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。

太阳能作用：

（1）光热利用

它的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器（槽式、碟式和塔式）等4种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（<200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（>800℃）。目 前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳能采暖（太阳房）、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。

（2）发电利用

新能源未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。已实用的主要有以下两种。

1、光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。这种方式简单易行，成本低廉回报大，适合在中国大面积推广。

2、光—电转换。其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。可惜这种发电方式效率只有10%，其成本大于寿命，没有任何经济价值。在制造太阳能电池的过程中，往往会产生二次污染。

（3）太阳能电池

材料要求：耐紫外光线的辐射，透光率不下降。钢化玻璃作成的组件可以承受直径25毫米的冰球以23米/秒的速度撞击。

用途：太阳能发电广泛用于太阳能路灯、太阳能杀虫灯、太阳能便携式系统，太阳能移动电源，太阳能应用产品，通讯电源，太阳能灯具，太阳能建筑等领域。

太阳能在2050年前可能将成为电力的主要来源，受助于发电设备成本大跌。IEA报告表示，2050年前太阳能光伏(PV)系统将最多为全球贡献16%的电力，来自太阳能发电厂的太阳能热力发电(STE)将提供11%的电力。

（3）光化利用

这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。

光化转换就是因吸收光辐射导致化学反应而转换为化学能的过程。其基本形式有植物的光合作用和利用物质化学变化贮存太阳能的光化反应。

植物靠叶绿素把光能转化成化学能，实现自身的生长与繁衍，若能揭示光化转换的奥秘，便可实现人造叶绿素发电。太阳能光化转换正在积极探索、研究中。

通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。巨型海藻。

（4）燃油利用

欧盟从2011年6月开始，利用太阳光线提供的高温能量，以水和二氧化碳作为原材料，致力于“太阳能”燃油的研制生产。截止目前，研发团队已在世界上首次成功实现实验室规模的可再生燃油全过程生产，其产品完全符合欧盟的飞机和汽车燃油标准，无需对飞机和汽车发动机进行任何调整改动。

研制设计的“太阳能”燃油原型机，主要由两大技术部分组成：第一部分利用集中式太阳光线聚集产生的高温能量，辅之ETH Zürich 自主知识产权的金属氧化物材料添加剂，在自行设计开发的太阳能高温反应器内将水和二氧化碳转化成合成气（Syngas），合成气的主要成分为氢气和一氧化碳；第二部分根据费-托原理（Fischer-Tropsch Principe），将余热的高温合成气转化成可商业化应用于市场的“太阳能”燃油成品