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^—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= + 75.0 kJ·mol^-1

II、 CO₂(g)+H₂(g)==CO(g)+H₂O(g)  △H = + 41.0 kJ·mol^-1

III、CO(g)+H₂(g)==C(s)+H₂O(g)    △H = －131.0 kJ·mol^-1

（1）反应CO₂(g)+CH₄(g)==2CO(g)+2H₂(g)的△H =_______________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。同温度下CO₂的平衡转化率大于CH₄的平衡转化率，其原因是_________________________________。

（3）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_____________________

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                                

（4）一定条件下Pd-Mg/SiO₂催化剂可使CO₂“甲烷化”变废为宝CO₂+4H₂ CH₄+2H₂O，最佳催化温度是200℃-300℃左右，超过300℃催化剂会完全失活、反应停止。向密闭容器通入v(CO₂) ∶v(H₂)=1∶4的反应气体，常温进料开始加热，画出甲烷的量随温度的变化曲线。_____________________

（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，则阴极的电极反应式为___________________________________；室温下H₂CO₃电离常数约为K₁=4×10^-7  K₂=5×10^-11，则0.5mol•L^-1的Na₂CO₃溶液的pH等于_________________（不考虑第二步水解和H₂O的电离）

Answer

247 CO2发生了其他副反应（反应Ⅱ）。 BC H2O+3CO2+2e-=CO+2 HCO3- 12

【解析】（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）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；

（3）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；

（4）反应最佳催化温度是200℃-300℃左右，说明此时甲烷的物质的量增加幅度比较大，而超过300℃催化剂会完全失活、反应停止，此时甲烷的物质的量基本不变，最初是常温，反应速率较慢，生成的甲烷的物质的量增加幅度较少，则甲烷的量随温度的变化曲线可表示为。

（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CO2在阴极上得电子发生还原反应生成CO，电极反应式为：H2O+3CO2+2e-=CO+2HCO3- ；根据Kh=，所以c（OH-）=10-2mol/L，pH=12。

点睛：解盖斯定律是解题的关键。根据盖斯定律，由已知热化学反应方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数进行相应的加减。盖斯定律的使用方法：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”。