Question

19．數(shù)十年來，化學工作者對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的熱化學方程式為：
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CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g）的△H=+247kJ•mol^-1．
（2）固定n（CO₂）=n（CH₄），改變反應溫度，CO₂和CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率見圖甲．
                                     ①同溫度下CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率大于（填“大于”或“小于”）CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率，其原因是CO₂發(fā)生了其他副反應．
②高溫下進行該反應時常會因反應I生成“積碳”（碳單質(zhì)），造成催化劑中毒，高溫下反應I能自發(fā)進行的原因是△S＞0．
（3）一定條件下Pd-Mg/SiO₂催化劑可使CO₂“甲烷化”從而變廢為寶，其反應機理如圖乙所示，該反應的化學方程式為CO₂+4H₂CH₄+2H₂O．
（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平衡后氣體中l(wèi)g[c（CO）/c（CO₂）]與溫度（t）的關系曲線圖．下列說法正確的是BC．

A．工業(yè)上可以通過增高反應裝置來延長礦石和
CO接觸的時間，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）時較低的溫度有利于
提高CO的利用率
D．CO還原PbO₂的反應△H＞0
（5）在載人航天器中應用電化學原理，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同時產(chǎn)生O₂和新的能源CO，總反應的化學方程式為：2CO₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2CO+O₂，則其陽極的電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．

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
根據(jù)蓋斯定律①+②-③可得；
（2）①根據(jù)圖示可以看出，CO₂發(fā)生了其他副反應；
②反應自發(fā)進行的判據(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)合反應機理來書寫方程式并結(jié)合化合價判斷；
（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，CO的利用率不變；
B、由圖象可知用CO工業(yè)冶煉金屬鉻時，lg[c（CO）/c（CO₂）]一直很高，說明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，說明CO轉(zhuǎn)化率越低，平衡逆向移動，故△H＜0；
（5）依據(jù)電解原理陰極上是得到電子發(fā)生還原反應生成一氧化碳．

解答 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CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g），△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，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；
②反應自發(fā)進行的判據(jù)：△H-T△S＜0，反應①△S＞0，△H＞0，代入判據(jù)，得到反應在高溫下能自發(fā)進行；
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”，可以寫出方程式為：CO₂+4H₂CH₄+2H₂O；
故答案為：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，CO的利用率不變，故A錯誤；
B、由圖象可知用CO工業(yè)冶煉金屬鉻時，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，故△H＜0，故D錯誤；
故答案為：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同時產(chǎn)生O₂和新的能源CO，總反應的化學方程式為：2CO₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2CO+O₂，則溶液中的氫氧根在陽極上失去電子發(fā)生氧化反應生成氧氣，電極反應式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．

點評 本題主要考查了蓋斯定律的應用、電極方程式及其化學方程式的書寫、根據(jù)圖象對平衡移動的判斷等，重在培養(yǎng)學生能夠利用化學知識提取題干的信息進行答題的能力，綜合性強，難度較大．