Question

4．利用CO₂和CH₄重整可制合成氣利用（主要成分為CO、H₂），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=+4l.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=+247 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a（CO₂）大于（填“大于”或“小于”）a（CH₄），其原因是CO₂發(fā)生了其他副反應(yīng)．
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)行的原因是該反應(yīng)△H＞0，△S＞0，高溫時(shí)△G=△H-T△S＜0．
（3）-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CO₂+4H₂=$\frac{\underline{\;Pb-Mg/SIO_{2}\;}}{\;}$CH₄+2H₂O．
（4）CO常用于工業(yè)冶煉金尾，圖丙是在不同溫度下CO還原四種金尾氧化物達(dá)平衡后氣體中l(wèi)g[$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$]與溫度（t）的關(guān)系曲線圖．下列說(shuō)法正確的是BC．（填序號(hào)）
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)冶煉金尾鉻（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）載人飛船中，以Pt為陽(yáng)極，Pb （CO₂的載體）為陰極，電解KHCO₃溶液，總反應(yīng)為：2CO₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2CO+O₂，則其陰極反應(yīng)式為CO₂+H₂O+2e^-═CO+2OH^-．

Answer 1

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；
（2）①根據(jù)圖示可以看出，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；
（3）根據(jù)信息：一定條件下Pd-Mg/SiO₂催化劑可使CO₂“甲烷化”結(jié)合反應(yīng)機(jī)理來(lái)書(shū)寫方程式并結(jié)合化合價(jià)判斷；
（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；
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；
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；
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；
（5）依據(jù)電解原理陰極上是得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成一氧化碳．

解答 解：（1）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：該反應(yīng)△H＞0，△S＞0，高溫時(shí)△G=△H-T△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$\frac{\underline{\;Pb-Mg/SIO_{2}\;}}{\;}$CH₄+2H₂O，
故答案為：CO₂+4H₂=$\frac{\underline{\;Pb-Mg/SIO_{2}\;}}{\;}$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(shuō)明CO轉(zhuǎn)化率很低，故不適合，故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；
故答案為：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：2CO₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2CO+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，電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極電極反應(yīng)為CO₂+H₂O+2e^-═CO+2OH^-，
故答案為：CO₂+H₂O+2e^-═CO+2OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及反應(yīng)的方向判斷、蓋斯定律的應(yīng)用以及沉淀溶解平衡常數(shù)的計(jì)算知識(shí)，屬于綜合知識(shí)的考查，題目難度中等．