Question

19．数十年来，化学工作者对碳的氧化物做了广泛深入的研究并取得了一些重要成果．如利用CO₂和CH₄重整可制合成气（主要成分为CO、H₂），已知重整过程中部分反应的热化学方程式为：
I、CH₄（g）═C（s）+2H₂（g）△H=+75.0kJ•mol^-1
II、CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=+41.0kJ•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=+247kJ•mol^-1．
（2）固定n（CO₂）=n（CH₄），改变反应温度，CO₂和CH₄的平衡转化率见图甲．
                                     ①同温度下CO₂的平衡转化率大于（填“大于”或“小于”）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△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，其反应机理如图乙所示，该反应的化学方程式为CO₂+4H₂CH₄+2H₂O．
（4）CO常用于工业冶炼金属，如图是在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lg[c（CO）/c（CO₂）]与温度（t）的关系曲线图．下列说法正确的是BC．

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属铬（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）在载人航天器中应用电化学原理，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，则其阳极的电极反应式为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
根据盖斯定律①+②-③可得；
（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）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
根据盖斯定律①+②-③得到反应CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g），△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：△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+4H₂CH₄+2H₂O；
故答案为：CO₂+4H₂  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{\;电解\;}}{\;}$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；
故答案为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．

点评 本题主要考查了盖斯定律的应用、电极方程式及其化学方程式的书写、根据图象对平衡移动的判断等，重在培养学生能够利用化学知识提取题干的信息进行答题的能力，综合性强，难度较大．