Question

6．CO₂的回收利用對減少溫室氣體排放、改善人類生存環(huán)境具有重要意義．利用CO₂和CH₄重整可制合成氣（主要成分CO、H₂），重整過程中部分反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
①CH₄（g）═C（s）+2H₂（g）△H=75.0kJ•mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=41.0kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂（g）═C（s）+H₂O（g）△H=-131.0kJ•mol^-1
（1）反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g）的△H=+247kJ•mol^-1．
（2）固定n（CO₂）=n（CH₄），改變反應(yīng)溫度，CO₂和CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率見圖1．

①同溫度下CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率大于（填“大于”或“小于”）于CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率，其原因是CO₂發(fā)生了其他副反應(yīng)．
②高溫下進行該反應(yīng)時常會因反應(yīng)①生成“積碳”（碳單質(zhì)），造成催化劑中毒，高溫下反應(yīng)①能自發(fā)進行的原因是該反應(yīng)△H＞0，△S＞0，高溫時△G=△H-T△S＜0．
（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(yīng)機理如圖2所示，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO₂+4H₂═CH₄+2H₂O，反應(yīng)過程中碳元素的化合價為-2價的中間體是MgOCH₂．
（4）鹵水可在吸收煙道氣中CO₂的同時被凈化，實現(xiàn)以廢治廢，其中涉及的一個反應(yīng)是CaSO₄+Na₂CO₃═CaCO₃+Na₂SO₄，則達到平衡后，溶液中$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（CaC{O}_{3}）}{Ksp（CaS{O}_{4}）}$．[用K_sp（CaSO₄）和K_sp（CaCO₃）表示]．

Answer 1

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
反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g）可以是①+②-③得到，根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)的焓變；
（2）①根據(jù)圖示可以看出，CO₂發(fā)生了其他副反應(yīng)；
②反應(yīng)自發(fā)進行的判據(jù)：△H-T△S＜0；
（3）根據(jù)信息：一定條件下Pd-Mg/SiO₂催化劑可使CO₂“甲烷化”結(jié)合反應(yīng)機理來書寫方程式并結(jié)合化合價判斷；
（4）K_sp（CaCO₃）=c（Ca²⁺）•c（CO₃^2-），K_sp（CaSO₄）=c（Ca²⁺）•c（SO₄^2-），根據(jù)溶度積常數(shù)來計算．

解答 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
反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g）可以是①+②-③得到，根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)的焓變△H=+247kJ/mol，故答案為：+247kJ/mol；
（2）①根據(jù)圖示可以看出，CO₂發(fā)生了其他副反應(yīng)，同溫度下CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率大于CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率大于；故答案為：大于；CO₂發(fā)生了其他副反應(yīng)；
②反應(yīng)自發(fā)進行的判據(jù)：△H-T△S＜0，反應(yīng)①△S＞0，△H＞0，代入判據(jù)，得到反應(yīng)在高溫下能自發(fā)進行，故答案為：該反應(yīng)△H＞0，△S＞0，高溫時△G=△H-T△S＜0；
（3）據(jù)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；反應(yīng)過程中碳元素的化合價為-2價的中間體是MgOCH₂；
故答案為：CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O；MgOCH₂；
（4）達到平衡后，K_sp（CaCO₃）=c（Ca²⁺）•c（CO₃^2-），K_sp（CaSO₄）=c（Ca²⁺）•c（SO₄^2-），在$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$分子和分母同乘以鈣離子的濃度，所以溶液中$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（CaC{O}_{3}）}{Ksp（CaS{O}_{4}）}$，
故答案為：$\frac{Ksp（CaC{O}_{3}）}{Ksp（CaS{O}_{4}）}$．

點評 本題涉及反應(yīng)的方向判斷、蓋斯定律的應(yīng)用以及沉淀溶解平衡常數(shù)的計算知識，屬于綜合知識的考查，難度不大．