Question

【題目】數(shù)十年來，化學(xué)工作者對(duì)碳的氧化物做了廣泛深入的研究并取得了一些重要成果．如利用CO2和CH4重整可制合成氣（主要成分為CO、H2），已知重整過程中部分反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
I、CH4（g）═C（s）+2H2（g）△H=+75.0kJmol﹣1
II、CO2（g）+H2（g）═CO（g）+H2O（g）△H=+41.0kJmol﹣1
III、CO（g）+H2（g）═C（s）+H2O（g）△H=﹣131.0kJmol﹣1
（1）反應(yīng)CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g）的△H=kJmol﹣1 ．
（2）固定n（CO2）=n（CH4），改變反應(yīng)溫度，CO2和CH4的平衡轉(zhuǎn)化率見圖甲．

①同溫度下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率（填“大于”或“小于”）CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，其原因是
②高溫下進(jìn)行該反應(yīng)時(shí)常會(huì)因反應(yīng)I生成“積碳”（碳單質(zhì)），造成催化劑中毒，高溫下反應(yīng)I能自發(fā)進(jìn)行的原因是 ．
（3）一定條件下Pd﹣Mg/SiO2催化劑可使CO2“甲烷化”從而變廢為寶，其反應(yīng)機(jī)理如圖乙所示，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為
（4）CO常用于工業(yè)冶煉金屬，如圖是在不同溫度下CO還原四種金屬氧化物達(dá)平衡后氣體中l(wèi)g[c（CO）/c（CO2）]與溫度（t）的關(guān)系曲線圖．下列說法正確的是

A.工業(yè)上可以通過增高反應(yīng)裝置來延長礦石和
CO接觸的時(shí)間，減少尾氣中CO的含量
B.CO不適宜用于工業(yè)冶煉金屬鉻（Cr）
C.工業(yè)冶煉金屬銅（Cu）時(shí)較低的溫度有利于
提高CO的利用率
D.CO還原PbO2的反應(yīng)△H＞0
（5）在載人航天器中應(yīng)用電化學(xué)原理，以Pt為陽極，Pb（CO2的載體）為陰極，KHCO3溶液為電解質(zhì)溶液，還原消除航天器內(nèi)CO2同時(shí)產(chǎn)生O2和新的能源CO，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CO2 2CO+O2 ， 則其陽極的電極反應(yīng)式為 ．

Answer 1

【答案】
（1）+247
（2）大于；CO2發(fā)生了其他副反應(yīng)；△S＞0
（3）CO2+4H2 CH4+2H2O
（4）BC
（5）4OH﹣﹣4e﹣=O2↑+2H2O
【解析】解：（1）已知：①CH4（g）═C（s）+2H2（g）△H=+75.0kJ/mol
②CO2（g）+H2（g）═CO（g）+H2O（g）△H=+41.0kJ/mol
③CO（g）+H2（g）═C（s）+H2O（g）△H=﹣131.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律①+②﹣③得到反應(yīng)CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g），△H=+247kJ/mol；
所以答案是：+247；（2）①根據(jù)圖示可以看出，CO2發(fā)生了其他副反應(yīng)，同溫度下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率大于CH4的平衡轉(zhuǎn)化率大于；
所以答案是：大于；CO2發(fā)生了其他副反應(yīng)；
②反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判據(jù)：△H﹣T△S＜0，反應(yīng)①△S＞0，△H＞0，代入判據(jù)，得到反應(yīng)在高溫下能自發(fā)進(jìn)行；
所以答案是：△S＞0；（3）據(jù)信息：一定條件下Pd﹣Mg/SiO2催化劑可使CO2“甲烷化”，可以寫出方程式為：CO2+4H2 CH4+2H2O；
所以答案是：CO2+4H2 CH4+2H2O；（4）A、增高爐的高度，增大CO與鐵礦石的接觸，不能影響平衡移動(dòng)，CO的利用率不變，故A錯(cuò)誤；
B、由圖象可知用CO工業(yè)冶煉金屬鉻時(shí)，lg[c（CO）/c（CO2）]一直很高，說明CO轉(zhuǎn)化率很低，故不適合B正確；
C、由圖象可知溫度越低lg[c（CO）/c（CO2）]越小，故CO轉(zhuǎn)化率越高，故C正確；
D、由圖象可知CO還原PbO2的溫度越高lg[c（CO）/c（CO2）]越高，說明CO轉(zhuǎn)化率越低，平衡逆向移動(dòng)，故△H＜0，故D錯(cuò)誤；
所以答案是：BC；（5）以Pt為陽極，Pb（CO2的載體）為陰極，KHCO3溶液為電解質(zhì)溶液，還原消除航天器內(nèi)CO2同時(shí)產(chǎn)生O2和新的能源CO，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CO2 2CO+O2 ， 則溶液中的氫氧根在陽極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，電極反應(yīng)式為：4OH﹣﹣4e﹣=O2↑+2H2O；
所以答案是：4OH﹣﹣4e﹣=O2↑+2H2O．
【考點(diǎn)精析】通過靈活運(yùn)用反應(yīng)熱和焓變和化學(xué)平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征，掌握在化學(xué)反應(yīng)中放出或吸收的熱量，通常叫反應(yīng)熱；化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動(dòng)”即是動(dòng)態(tài)平衡，平衡時(shí)反應(yīng)仍在進(jìn)行；“定”即反應(yīng)混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學(xué)平衡；與途徑無關(guān)，外界條件不變，可逆反應(yīng)無論是從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效）即可以解答此題．