Question

4．利用CO₂和CH₄重整可制合成气利用（主要成分为CO、H₂），热化学方程式为：
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）反应CO₂（g）+CH₄ （g）═2CO（g）+2H₂（g）的△H=+247 kJ•mol^-1．
（2）固定n （CO₂）═n（CH₄），改变反应温度，CO₂和CH₄的平衡转化率见图甲．

①同温度下a（CO₂）大于（填“大于”或“小于”）a（CH₄），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I生成“积碳”（碳单质），造成催化剂中毒，高温下反应I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）-定条件下，Pd-Mg/SiO₂催化剂可使CO₂“甲烷化”从而变废为宝，其反应机理如图乙所示，该反应的化学方程式为CO₂+4H₂=$\frac{\underline{\;Pb-Mg/SIO_{2}\;}}{\;}$CH₄+2H₂O．
（4）CO常用于工业冶炼金尾，图丙是在不同温度下CO还原四种金尾氧化物达平衡后气体中lg[$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$]与温度（t）的关系曲线图．下列说法正确的是BC．（填序号）
A．工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触的时间，减少尾气中CO的含量
B．CO不适宜用于工业冶炼金尾铬（Cr）
C．工业冶炼金属铜（Cu）时较低的温度有利于提高CO的利用率
D．CO还原PbO₂的反应△H＞0
（5）载人飞船中，以Pt为阳极，Pb （CO₂的载体）为阴极，电解KHCO₃溶液，总反应为：2CO₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2CO+O₂，则其阴极反应式为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）A、增高炉的高度，增大CO与铁矿石的接触，不能影响平衡移动，CO的利用率不变；
B、由图象可知用CO工业冶炼金属铬时，lg[c（CO）/c（CO₂）]一直很高，说明CO转化率很低，故不适合；
C、由图象可知温度越低lg[c（CO）/c（CO₂）]越小，故CO转化率越高；
D、由图象可知CO还原PbO₂的温度越高lg[c（CO）/c（CO₂）]越高，说明CO转化率越低，平衡逆向移动，故△H＜0；
（5）依据电解原理阴极上是得到电子发生还原反应生成一氧化碳．

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：+247；
（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$\frac{\underline{\;Pb-Mg/SIO_{2}\;}}{\;}$CH₄+2H₂O，
故答案为：CO₂+4H₂=$\frac{\underline{\;Pb-Mg/SIO_{2}\;}}{\;}$CH₄+2H₂O；
（4）A、增高炉的高度，增大CO与铁矿石的接触，不能影响平衡移动，CO的利用率不变，故A错误；
B、由图象可知用CO工业冶炼金属铬时，lg[c（CO）/c（CO₂）]一直很高，说明CO转化率很低，故不适合，故B正确；
C、由图象可知温度越低lg[c（CO）/c（CO₂）]越小，故CO转化率越高，故C正确；
D、由图象可知CO还原PbO₂的温度越高lg[c（CO）/c（CO₂）]越高，说明CO转化率越低，平衡逆向移动，故△H＜0，故D错误；
故答案为：BC；
（5）以Pt为阳极，Pb（CO₂的载体）为阴极，KHCO₃溶液为电解质溶液，还原消除航天器内CO₂同时产生O₂和新的能源CO，总反应的化学方程式为：2CO₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2CO+O₂，则溶液中的氢氧根在阳极上失去电子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极电极反应为CO₂+H₂O+2e^-═CO+2OH^-，
故答案为：CO₂+H₂O+2e^-═CO+2OH^-．

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，题目难度中等．