1. (2024高三上·浙江期末) 推动煤炭清洁高效利用是未来煤炭利用的发展方向，其中煤制天然气(主要成分甲烷)能对燃气资源有重要补充作用。请回答：

1. （1） 生物电化学系统还原CO₂是另一种产生甲烷的方法，装置如图所示，写出电解时阴极的电极反应式。

   

3. （2） 在催化剂作用下，其涉及的主要反应如下：

   CO(g) +3H₂(g)⇌CH₄(g)+H₂O(g)   =-206.2 kJ·mol⁻¹ I

   CO(g)+H₂O(g)⇌CO₂(g)+H₂(g)   =-41.2 kJ∙mol⁻¹   II

   CO₂(g)+4H₂(g)⇌CH₄(g)+2H₂O(g)   =   III

   其副反应(积碳反应)如下：

   2CO(g)⇌CO₂(g)+C(s)   =-172.0 kJ•mol^﹣1   IV

   CO₂(g)+2H₂(g)⇌2H₂O(g)+C(s)   =-90.0 kJ•mol^﹣1   V

   CO(g)+H₂(g)⇌H₂O(g)+C(s)   =-131.0 kJ•mol^﹣1   VI

5. （3） 若原料气n(H₂)：n(CO)=3：1，且反应容器中只考虑主要反应。

   ①在催化剂作用下合成天然气，平衡时各组分的体积分数随温度、压强变化如图2、图3所示。根据图象分析，反应I在条件下有利于反应进行。

   A．低温低压       B．低温高压       C．高温低压       D．高温高压

   

   ②T₂℃，0.1MPa恒压条件条件下，平衡时反应体系平衡组成如表所示。

   组分	CH4	H2O	H2	CO2	CO
   体积分数x	a	b	c	d	e

   该条件下CO的总转化率表达式α=。K_p、K_x分别是以分压、物质的量分数表示的平衡常数，反应I的K_x=。(以K_p和p_总表示)

7. （4） 若反应容器中考虑主、副反应。维持p_总=0.1MPa恒定，平衡时CO转化率和积碳的选择性(积碳的选择性=×100%)随温度和进料气中水蒸气量的变化如图4和图5所示。其中n(H₂)：n(CO)：n(H₂O)=3：1：X，代表原料气中H₂、CO和H₂O三者的物质的量之比，X为一变量，下列说法正确的是___________。

   

   A . 图4中，随着X的增大，CO转化率略有降低，可能原因是反应式Ⅰ中H₂O为生成物，增加水蒸气的量会促使平衡向逆反应方向移动 B . 图5中，X较低时，在800～850℃积碳选择性减小的原因可能是副反应为放热反应，温度较高，积碳反应平衡逆向移动 C . 图5中，X较高时，在550～800℃积碳选择性较低的主要原因是水蒸气的稀释作用使积碳反应速率减小 D . 总体上说，X较高，温度低于450℃利于降低积碳，减少积碳对催化剂的影响