Question

【題目】數十年來，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）△H=+75.0kJmol﹣1
II、CO2（g）+H2（g）═CO（g）+H2O（g）△H=+41.0kJmol﹣1
III、CO（g）+H2（g）═C（s）+H2O（g）△H=﹣131.0kJmol﹣1
（1）反應CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g）的△H=kJmol﹣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．

①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常用于工業冶煉金屬，如圖是在不同溫度下CO還原四種金屬氧化物達平衡后氣體中lg[c（CO）/c（CO2）]與溫度（t）的關系曲線圖．下列說法正確的是

A.工業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不適宜用于工業冶煉金屬鉻（Cr）
C.工業冶煉金屬銅（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△H＞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：2CO2 2CO+O2 ， 則其陽極的電極反應式為 ．

Answer 1

【答案】
（1）+247
（2）大于；CO2發生了其他副反應；△S＞0
（3）CO2+4H2 CH4+2H2O
（4）BC
（5）4OH﹣﹣4e﹣=O2↑+2H2O
【解析】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
根據蓋斯定律①+②﹣③得到反應CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g），△H=+247kJ/mol；
所以答案是：+247；（2）①根據圖示可以看出，CO2發生了其他副反應，同溫度下CO2的平衡轉化率大于CH4的平衡轉化率大于；
所以答案是：大于；CO2發生了其他副反應；
②反應自發進行的判據：△H﹣T△S＜0，反應①△S＞0，△H＞0，代入判據，得到反應在高溫下能自發進行；
所以答案是：△S＞0；（3）據信息：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+4H2 CH4+2H2O；
所以答案是：CO2+4H2 CH4+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；
所以答案是：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：2CO2 2CO+O2 ， 則溶液中的氫氧根在陽極上失去電子發生氧化反應生成氧氣，電極反應式為：4OH﹣﹣4e﹣=O2↑+2H2O；
所以答案是：4OH﹣﹣4e﹣=O2↑+2H2O．
【考點精析】通過靈活運用反應熱和焓變和化學平衡狀態本質及特征，掌握在化學反應中放出或吸收的熱量，通常叫反應熱；化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）即可以解答此題．