Question

【題目】“低碳經(jīng)濟(jì)”備受關(guān)注，CO2的捕集、利用與封存成為科學(xué)家研究的重要課題。將一定量的CO2(B)和CH4(g)通入一恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。回答下列問題：

(1)已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=-802 kJ·mol-1

CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283kJ·mol-1

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H3=-41 kJ·mol-1

則反應(yīng)CO2(g)+CH4(g)2CO(g) +2H2(g)的△H =___________。

(2)其他條件相同，在不同催化劑(Ⅰ、Ⅱ)作用下，反應(yīng)經(jīng)過相同時(shí)間時(shí)，體系中CO含量隨反應(yīng)溫度的變化如圖1所示。

①在a點(diǎn)與c點(diǎn)對應(yīng)的反應(yīng)條件下，反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間后達(dá)到平衡，平衡常數(shù)K(a 點(diǎn))________K(c點(diǎn) )( 填“>”“ <”或“=”)。

②b點(diǎn)CO含量低于c點(diǎn)的原因是____________________。

(3)為了探究反應(yīng)：CO2(g) +CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系，起始時(shí)向恒容密閉容器中通入CO2與CH4，使其物質(zhì)的量濃度均為1.0 mol·L-1，平衡時(shí)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)繪制出兩條反應(yīng)速率與濃度關(guān)系曲線(如圖2)：v正～c(CH4)和v逆～c(CO)。則與曲線v正～c(CH4)相對應(yīng)的是圖中曲線____________(填“甲”或“乙”)；該反應(yīng)達(dá)到平衡后，某一時(shí)刻降低溫度，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則此時(shí)曲線甲對應(yīng)的平衡點(diǎn)可能為____________(填字母)。

(4)將足量CO2通入飽和氨水中可得氮肥NH4HCO3。在NH4HCO3溶液中，反應(yīng)NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數(shù)K=_________(已知常溫下NH3·H2O的電離平衡常數(shù)Kb=2×10-5，H2CO3的電離平衡常數(shù)Ka2=4×10-11)。

(5)科學(xué)家用氮化鎵材料與銅組裝成如圖3所示的人工光合系統(tǒng)，利用該裝置成功地實(shí)現(xiàn)了用CO2和H2O合成CH4。。氮化鎵(GaN)表面發(fā)生__________(填“氧化”或“還 原”)反應(yīng)，銅電極上的電極反應(yīng)式為______________________。

Answer 1

【答案】 +248kJ·mol-1 = c點(diǎn)溫度高于b點(diǎn)，反應(yīng)速率快，相同時(shí)間內(nèi)生成的CO多 乙 E 1.25×10-8 氧化 CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O

【解析】(1)已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=-802kJ·mol-1 ①

CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283kJ·mol-1 ②

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H3=-41 kJ·mol-1 ③

則反應(yīng)CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的△H = ①- ②-③2=-802kJ·mol-1-（-283kJ·mol-14）+（-41 kJ·mol-1）=+248kJ·mol-1，答案：+248kJ·mol-1。

（2）因?yàn)镃O2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的△H =+248kJ·mol-1①平衡常數(shù)只受溫度影響，與其他因素?zé)o關(guān)，而在a點(diǎn)與c點(diǎn)對應(yīng)的反應(yīng)溫度相同，只是選用的催化劑不同，催化劑只改變反應(yīng)速率，不影響平衡移動，所以當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡K(a點(diǎn))= K(c點(diǎn))。答案：=。

②因?yàn)閏點(diǎn)溫度高于b點(diǎn)，反應(yīng)速率快，相同時(shí)間內(nèi)生成的CO多 ，所以b點(diǎn)CO含量低于c點(diǎn)。答案：c點(diǎn)溫度高于b點(diǎn)，反應(yīng)速率快，相同時(shí)間內(nèi)生成的CO多。

（3） CO2(g) + CH4(g) 2CO(g)+ 2H2(g)

起始量（mol·L-1） 1.0 1.0 0 0

隨著反應(yīng)進(jìn)行，CO2(g) 和CH4(g)的濃度都減小，所以乙圖是v正～c(CH4)相對應(yīng)的曲線。因?yàn)镃O2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的△H =+248kJ·mol-1，反應(yīng)達(dá)到平衡后，某一時(shí)刻降低溫度，平衡向逆反應(yīng)反向移動，CO(g)和 H2減小，CO2(g)和CH4(g)增大，可能達(dá)到E點(diǎn)，

(4) NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3 K=[c(H2CO3).c(NH3·H2O)]/[c(NH4+).c(HCO3-)]

將足量CO2通入飽和氨水中可得氮肥NH4HCO3。在NH4HCO3溶液中，反應(yīng)的平衡常數(shù),NH3·H2O的電離平衡常數(shù)Kb= [c(NH4+).c(OH-)]/（NH3·H2O）=2×10-5，H2CO3的電離平衡常數(shù)Ka2=[c(CO32-)c(H+)]/c(HCO3-)=4×10-11)。

（5）原電池中電子從負(fù)極流向正極,則Cu電極為正極, 氮化鎵(GaN)做負(fù)極，其表面發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上CO2得電子生成CH4,則銅電極表面的電極反應(yīng)式為:;
因此，本題正確答案是: 氧化 ;