Question

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)          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)反应CO₂(g)+CH₄(g)=2CO(g)+2H₂(g)的ΔH =         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。

  

同温度下CO₂的平衡转化率        (填“大于”或“小于”)CH₄的平衡转化率，其原因是                    。

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                    。

(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                    。

(4)CO常用于工业冶炼金属，右图是在不同温度下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       。(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ΔH＞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：2CO₂2CO+O₂，则其阳极的电极反应式为                  。

Answer

(1)+247

(2)①大于;CO2发生了其他副反应②△S＞0

(3)CO2+4H2CH4+2H2O

(4)BC(5)4OH--4e-=O2↑+2H2O

【解析】

试题分析：(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得到反应CO2(g)+CH4(g)═2CO(g)+2H2(g)，△H=+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；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；

(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；

(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：2CO22CO+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。

【考点定位】考查盖斯定律的应用、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

【名师点晴】本题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，其中盖斯定律是指化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的；即化学反应热只与其反应的始态和终态有关，而与具体反应进行的途径无关；盖斯定律的基本使用方法：①写出目标方程式；②确定“过渡物质”(要消去的物质)；③用消元法逐一消去“过渡物质”，平时要多练习，才能熟能生巧。