Question

6．CO₂的回收利用对减少温室气体排放、改善人类生存环境具有重要意义．利用CO₂和CH₄重整可制合成气（主要成分CO、H₂），重整过程中部分反应的热化学方程式为：
①CH₄（g）═C（s）+2H₂（g）△H=75.0kJ•mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=41.0kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂（g）═C（s）+H₂O（g）△H=-131.0kJ•mol^-1
（1）反应CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g）的△H=+247kJ•mol^-1．
（2）固定n（CO₂）=n（CH₄），改变反应温度，CO₂和CH₄的平衡转化率见图1．

①同温度下CO₂的平衡转化率大于（填“大于”或“小于”）于CH₄的平衡转化率，其原因是CO₂发生了其他副反应．
②高温下进行该反应时常会因反应①生成“积碳”（碳单质），造成催化剂中毒，高温下反应①能自发进行的原因是该反应△H＞0，△S＞0，高温时△G=△H-T△S＜0．
（3）一定条件下Pd-Mg/SiO₂催化剂可使CO₂“甲烷化”从而变废为宝，其反应机理如图2所示，该反应的化学方程式为CO₂+4H₂═CH₄+2H₂O，反应过程中碳元素的化合价为-2价的中间体是MgOCH₂．
（4）卤水可在吸收烟道气中CO₂的同时被净化，实现以废治废，其中涉及的一个反应是CaSO₄+Na₂CO₃═CaCO₃+Na₂SO₄，则达到平衡后，溶液中$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（CaC{O}_{3}）}{Ksp（CaS{O}_{4}）}$．[用K_sp（CaSO₄）和K_sp（CaCO₃）表示]．

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
反应CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g）可以是①+②-③得到，根据盖斯定律计算反应的焓变；
（2）①根据图示可以看出，CO₂发生了其他副反应；
②反应自发进行的判据：△H-T△S＜0；
（3）根据信息：一定条件下Pd-Mg/SiO₂催化剂可使CO₂“甲烷化”结合反应机理来书写方程式并结合化合价判断；
（4）K_sp（CaCO₃）=c（Ca²⁺）•c（CO₃^2-），K_sp（CaSO₄）=c（Ca²⁺）•c（SO₄^2-），根据溶度积常数来计算．

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
反应CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g）可以是①+②-③得到，根据盖斯定律计算反应的焓变△H=+247kJ/mol，故答案为：+247kJ/mol；
（2）①根据图示可以看出，CO₂发生了其他副反应，同温度下CO₂的平衡转化率大于CH₄的平衡转化率大于；故答案为：大于；CO₂发生了其他副反应；
②反应自发进行的判据：△H-T△S＜0，反应①△S＞0，△H＞0，代入判据，得到反应在高温下能自发进行，故答案为：该反应△H＞0，△S＞0，高温时△G=△H-T△S＜0；
（3）据信息：一定条件下Pd-Mg/SiO₂催化剂可使CO₂“甲烷化”，可以写出方程式为：CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O；反应过程中碳元素的化合价为-2价的中间体是MgOCH₂；
故答案为：CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O；MgOCH₂；
（4）达到平衡后，K_sp（CaCO₃）=c（Ca²⁺）•c（CO₃^2-），K_sp（CaSO₄）=c（Ca²⁺）•c（SO₄^2-），在$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$分子和分母同乘以钙离子的浓度，所以溶液中$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（CaC{O}_{3}）}{Ksp（CaS{O}_{4}）}$，
故答案为：$\frac{Ksp（CaC{O}_{3}）}{Ksp（CaS{O}_{4}）}$．

点评 本题涉及反应的方向判断、盖斯定律的应用以及沉淀溶解平衡常数的计算知识，属于综合知识的考查，难度不大．