Question

近年来，为应对温室气体排放问题和日益增长的能源需求问题，CO₂综合利用技术作为潜在的解决方案受到了研究者的广泛关注。请按照要求回答问题

（1）CO常用于工业冶炼金属，下图是在不同温度下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△H>0

（2）一定条件下Pd－Mg/SiO₂催化剂可使CO₂ “甲烷化”变废为宝，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，画出生成甲烷的量随温度的变化曲线_________。

（3）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0.025 mol·L^－1的H₂CO₃溶液的pH约等于__________（不考虑第二步电离和H₂O的电离）

Answer

BC H2O＋3CO2＋2e−＝CO＋2HCO3− 4

【解析】

(1)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；

B．由图可知用CO工业冶炼金属铬时，lg一直很高，说明CO转化率很低；

C．由图象可知温度越低lg越小；

D．由图可知CO还原PbO2的温度越高lg越高，说明CO转化率越低；

(2)最佳催化温度是200℃～300℃左右，反应速率大，生成甲烷多，而超过300℃催化剂会完全失活、反应停止，生成甲烷的量保持不变；

(3)阴极上二氧化碳得到电子生成CO和碳酸氢根离子；室温下H2CO3电离常数约为K1＝4×10−7，不考虑第二步电离和H2O的电离，则c(H＋)＝0.025×4×10−7mol/L＝10−4mol/L。

(1)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，不能减少尾气中CO含量，故A错误；

B．由图象可知用CO工业冶炼金属铬时，lg一直很高，说明CO转化率很低，故不适合，故B正确；

C．由图可知温度越低，lg越小，故CO转化率越高，故C正确；

D．由图可知CO还原PbO2的温度越高，lg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；

(2)常温进料开始加热，随着温度升高，反应进程加快，n(CH4)增加，温度升高到200℃−300℃左右时，n(CH4)增加较快，但温度超过300℃时催化剂会完全失活、反应停止，即n(CH4)随温度升高保持不变，横坐标为时间、纵坐标为甲烷的物质的量，生成甲烷的量随温度的变化曲线为，故答案为：；

(3)以Pt为阳极，Pb(CO2的载体)为阴极，KHCO3溶液为电解质溶液，总反应为2CO22CO＋O2，则阴极上CO2得到电子发生还原反应生成CO，由电子守恒、电荷守恒、原子守恒可知阴极反应式为H2O＋3CO2＋2e−＝CO＋2HCO3−；室温下 H2CO3电离常数约为K1＝4×10−7，不考虑第二步电离和H2O的电离，则c(H＋)＝0.025×4×10−7mol/L＝10−4mol/L，pH＝−lg10−4＝4，故答案为：H2O＋3CO2＋2e−＝CO＋2HCO3−；4。