Question

【題目】“低碳經濟”備受關注，CO2的捕集、利用與封存成為科學家研究的重要課題。將一定量的CO2(B)和CH4(g)通入一恒容密閉容器中發生反應CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)�；卮鹣铝袉栴}：

(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，反應經過相同時間時，體系中CO含量隨反應溫度的變化如圖1所示。

①在a點與c點對應的反應條件下，反應繼續進行一段時間后達到平衡，平衡常數K(a 點)________K(c點 )( 填“>”“ <”或“=”)。

②b點CO含量低于c點的原因是____________________。

(3)為了探究反應：CO2(g) +CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的反應速率與濃度的關系，起始時向恒容密閉容器中通入CO2與CH4，使其物質的量濃度均為1.0 mol·L-1，平衡時，根據相關數據繪制出兩條反應速率與濃度關系曲線(如圖2)：v正～c(CH4)和v逆～c(CO)。則與曲線v正～c(CH4)相對應的是圖中曲線____________(填“甲”或“乙”)；該反應達到平衡后，某一時刻降低溫度，反應重新達到平衡，則此時曲線甲對應的平衡點可能為____________(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NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數K=_________(已知常溫下NH3·H2O的電離平衡常數Kb=2×10-5，H2CO3的電離平衡常數Ka2=4×10-11)。

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

Answer 1

【答案】 +248kJ·mol-1 = c點溫度高于b點，反應速率快，相同時間內生成的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）因為CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的△H =+248kJ·mol-1①平衡常數只受溫度影響，與其他因素無關，而在a點與c點對應的反應溫度相同，只是選用的催化劑不同，催化劑只改變反應速率，不影響平衡移動，所以當反應達到平衡K(a點)= K(c點)。答案：=。

②因為c點溫度高于b點，反應速率快，相同時間內生成的CO多 ，所以b點CO含量低于c點。答案：c點溫度高于b點，反應速率快，相同時間內生成的CO多。

（3） CO2(g) + CH4(g) 2CO(g)+ 2H2(g)

起始量（mol·L-1） 1.0 1.0 0 0

隨著反應進行，CO2(g) 和CH4(g)的濃度都減小，所以乙圖是v正～c(CH4)相對應的曲線。因為CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的△H =+248kJ·mol-1，反應達到平衡后，某一時刻降低溫度，平衡向逆反應反向移動，CO(g)和 H2減小，CO2(g)和CH4(g)增大，可能達到E點，

(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，反應的平衡常數,NH3·H2O的電離平衡常數Kb= [c(NH4+).c(OH-)]/（NH3·H2O）=2×10-5，H2CO3的電離平衡常數Ka2=[c(CO32-)c(H+)]/c(HCO3-)=4×10-11)。

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