Question

【題目】數(shù)十年來(lái)，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(guò)程中部分反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：

I、CH4（g）=C（s）+2H2（g） △H=+75.0kJ·mol-1

II、CO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g） △H=+41.0kJ·mol-1

III、CO（g）+H2（g）=C（s）+H2O（g） △H=－131.0kJ·mol-1

（1）反應(yīng)CO2（g）+CH4（g）=2CO（g）+2H2（g）的△H = kJ·mol-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(jiàn)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，右圖是在不同溫度下CO還原四種金屬氧化物達(dá)平衡后氣體中lg[c（CO）/c（CO2）]與溫度（t）的關(guān)系曲線圖。下列說(shuō)法正確的是 。

A．工業(yè)上可以通過(guò)增高反應(yīng)裝置來(lái)延長(zhǎng)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)ΔH＞0

（5）在載人航天器中應(yīng)用電化學(xué)原理，以Pt為陽(yáng)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：2CO22CO+O2，則其陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為 。

Answer 1

【答案】

（1）247

（2）①大于；CO2發(fā)生了其他副反應(yīng)；②△S＞0

（3）CO2+4H2CH4+2H2O

（4）BC（5）4OH－-4e－=O2↑+2H2O

【解析】

試題分析：（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，反應(yīng)CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g）可以是①+②-③得到，根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)的焓變△H=+247kJ/mol，故答案為：+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；故答案為：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，故答案為：△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(xiě)出方程式為：CO2+4H2CH4+2H2O，故答案為：CO2+4H2CH4+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(shuō)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(shuō)明CO轉(zhuǎn)化率越低，平衡逆向移動(dòng)，故△H＜0，故D錯(cuò)誤；故選：BC；

（5）以Pt為陽(yáng)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：2CO22CO+O2，則溶液中的氫氧根在陽(yáng)極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，的電極反應(yīng)式為：4OH--4e-=O2↑+2H2O；故答案為：4OH--4e-=O2↑+2H2O。