Question

【题目】“低碳经济”备受关注，CO2的捕集、利用与封存成为科学家研究的重要课题。将一定量的CO2(B)和CH4(g)通入一恒容密闭容器中发生反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。回答下列问题：

(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

则反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g) +2H2(g)的△H =___________。

(2)其他条件相同，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ)作用下，反应经过相同时间时，体系中CO含量随反应温度的变化如图1所示。

①在a点与c点对应的反应条件下，反应继续进行一段时间后达到平衡，平衡常数K(a 点)________K(c点 )( 填“>”“ <”或“=”)。

②b点CO含量低于c点的原因是____________________。

(3)为了探究反应：CO2(g) +CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的反应速率与浓度的关系，起始时向恒容密闭容器中通入CO2与CH4，使其物质的量浓度均为1.0 mol·L-1，平衡时，根据相关数据绘制出两条反应速率与浓度关系曲线(如图2)：v正～c(CH4)和v逆～c(CO)。则与曲线v正～c(CH4)相对应的是图中曲线____________(填“甲”或“乙”)；该反应达到平衡后，某一时刻降低温度，反应重新达到平衡，则此时曲线甲对应的平衡点可能为____________(填字母)。

(4)将足量CO2通入饱和氨水中可得氮肥NH4HCO3。在NH4HCO3溶液中，反应NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=_________(已知常温下NH3·H2O的电离平衡常数Kb=2×10-5，H2CO3的电离平衡常数Ka2=4×10-11)。

(5)科学家用氮化镓材料与铜组装成如图3所示的人工光合系统，利用该装置成功地实现了用CO2和H2O合成CH4。。氮化镓(GaN)表面发生__________(填“氧化”或“还 原”)反应，铜电极上的电极反应式为______________________。

Answer 1

【答案】 +248kJ·mol-1 = c点温度高于b点，反应速率快，相同时间内生成的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

则反应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）因为CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的△H =+248kJ·mol-1①平衡常数只受温度影响，与其他因素无关，而在a点与c点对应的反应温度相同，只是选用的催化剂不同，催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，所以当反应达到平衡K(a点)= K(c点)。答案：=。

②因为c点温度高于b点，反应速率快，相同时间内生成的CO多 ，所以b点CO含量低于c点。答案：c点温度高于b点，反应速率快，相同时间内生成的CO多。

（3） CO2(g) + CH4(g) 2CO(g)+ 2H2(g)

起始量（mol·L-1） 1.0 1.0 0 0

随着反应进行，CO2(g) 和CH4(g)的浓度都减小，所以乙图是v正～c(CH4)相对应的曲线。因为CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的△H =+248kJ·mol-1，反应达到平衡后，某一时刻降低温度，平衡向逆反应反向移动，CO(g)和 H2减小，CO2(g)和CH4(g)增大，可能达到E点，

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

将足量CO2通入饱和氨水中可得氮肥NH4HCO3。在NH4HCO3溶液中，反应的平衡常数,NH3·H2O的电离平衡常数Kb= [c(NH4+).c(OH-)]/（NH3·H2O）=2×10-5，H2CO3的电离平衡常数Ka2=[c(CO32-)c(H+)]/c(HCO3-)=4×10-11)。

（5）原电池中电子从负极流向正极,则Cu电极为正极, 氮化镓(GaN)做负极，其表面发生氧化反应，正极上CO2得电子生成CH4,则铜电极表面的电极反应式为:;
因此，本题正确答案是: 氧化 ;