Question

【題目】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) 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CO2(g)+CH4(g)=2CO(g)+2H2(g)的ΔH = kJ·mol-1。

(2)固定n(CO2)=n(CH4)，改變反應溫度，CO2和CH4的平衡轉化率見圖甲。

同溫度下CO2的平衡轉化率 (填“大于”或“小于”)CH4的平衡轉化率，其原因是 。

②高溫下進行該反應時常會因反應I生成“積碳”(碳單質)，造成催化劑中毒，高溫下反應I能自發(fā)進行的原因是 。

(3)一定條件下Pd-Mg/SiO2催化劑可使CO2“甲烷化”從而變廢為寶，其反應機理如圖乙所示，該反應的化學方程式為 。

(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 。(填序號)

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ΔH＞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溶液為電解質溶液，還原消除航天器內CO2同時產生O2和新的能源CO，總反應的化學方程式為：2CO22CO+O2，則其陽極的電極反應式為 。

Answer 1

【答案】(1)+247

(2)①大于;CO2發(fā)生了其他副反應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，同溫度下CO2的平衡轉化率大于CH4的平衡轉化率大于；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；

(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；

(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溶液為電解質溶液，還原消除航天器內CO2同時產生O2和新的能源CO，總反應的化學方程式為：2CO22CO+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。