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) ΔH= + 75.0 kJ·mol-1

II．CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH = + 41.0 kJ·mol-1

III．CO(g)+H2(g)=C(s)+H2O(g) ΔH = －131.0 kJ·mol-1

(1)反應(yīng)CO2(g)+CH4(g)=2CO(g)+2H2(g)的ΔH = 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。

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l(wèi)g[c(CO)/c(CO2)]與溫度(t)的關(guān)系曲線圖。下列說(shuō)法正確的是 。(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

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；

(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；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；

(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；

(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：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，電極反應(yīng)式為：4OH--4e-=O2↑+2H2O。