Question

CH₄和CO₂反應(yīng)可以制造價值更高的化學(xué)產(chǎn)品．
（1）250℃時，以鎳合金為催化劑，向4L容器中通入6mol CO₂、6mol CH₄，發(fā)生反應(yīng)：CO₂ （g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．達到平衡時CH₄的物質(zhì)的量為2mol．
①此溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

（注明單位）．
②保持溫度不變，改變CH₄和CO₂的初始物質(zhì)的量之比，充入容器進行反應(yīng)，下列描述能夠說明體系處于平衡狀態(tài)的是

 

（填序號）．
a．容器內(nèi)氣體平均相對分子質(zhì)量不隨時間改變
b．混合氣體的密度不隨時間改變
c．單位時間內(nèi)生成a mol CO₂的同時消耗2a mol H₂
d．混合氣中n（CH₄）：n（CO₂）：n（CO）：n（H₂）=1：1：4：4
③已知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁kJ?mol^-1
CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H₂  kJ?mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₃  kJ?mol^-1
反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的△H=

 

 kJ?mol^-1
（2）用Cu₂Al₂O₄做催化劑，一定條件下，發(fā)生反應(yīng)：
CO₂+CH₄?CH₃COOH，溫度與催化劑的催化效率和乙酸的生成速率如圖1.250～300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是

 

．

（3）Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂，
①若尋找吸收CO₂的其他物質(zhì)，下列建議合理的是

 

．
a．可在堿性氧化物中尋找
b．可在具有強氧化性的物質(zhì)中尋找
c．可在ⅠA、ⅡA族元素的氧化物中尋找
②Li₄SiO₄可用于吸收、釋放CO₂，原理是：500℃時，CO₂與Li₄SiO₄接觸生成Li₂CO₃；平衡后加熱至700℃，反應(yīng)逆向進行，放出CO₂，Li₄SiO₄再生，該原理的化學(xué)方程式

 

．
（4）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖2所示，在使用過程中石墨Ⅰ電極反應(yīng)生成一種氧化物Y，有關(guān)電極反應(yīng)可表示為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：

分析：（1）①先利用三段法求出各物質(zhì)的物質(zhì)的量，然后再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積；
②化學(xué)平衡狀態(tài)，反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相同，各成分含量保持不變分析選項；
③根據(jù)蓋斯定律來解答；
（2）根據(jù)溫度對催化劑活性的影響；
（3）①二氧化碳為酸性氣體，Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂與氧化性無關(guān)；
②根據(jù)題干信息，反應(yīng)物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據(jù)質(zhì)量守恒進行解答；
（4）燃料電池的負極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)．

解答： 解：（1）①CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．
起始濃度    1.5     1.5       0      0
反應(yīng)濃度     1       1        2      2
平衡濃度     0.5    0.5       2.0     2.0
所以K=

c 2(CO)?c 2(H 2)

c(CO 2)?c(CH 4)

=

22×22

0.5×0.5

mol²?L^-2=64mol²?L^-2，
故答案為：64mol²?L^-2；
②化學(xué)平衡狀態(tài)，反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相同，各成分含量保持不變分析選項，CO₂ （g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），反應(yīng)是氣體體積變大的反應(yīng)；
a．反應(yīng)是氣體體積變大的反應(yīng)，總質(zhì)量不變，所以平均相對分子質(zhì)量是變質(zhì)，氣體平均相對分子質(zhì)量不隨時間改變能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故a符合；
b．混合氣體質(zhì)量守恒，反應(yīng)前后氣體體積不變，反應(yīng)過程中和平衡狀態(tài)下，混合氣體的密度不隨時間改變，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故b不符合；
c．單位時間內(nèi)生成amolCO₂的同時消耗2amolH₂，都是指逆反應(yīng)方向，故c不符合；
d．混合氣中n（CH₄）：n（CO₂）：n（CO）：n（H₂）=1：1：4：4，依據(jù)計算濃度商和平衡常數(shù)比較，Q=

4 2×4 2

1×1

=256≠K，說明反應(yīng)沒有達到平衡狀態(tài)，故d不符合；
故答案為：a；
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁kJ?mol^-1①
CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H₂kJ?mol^-1②
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₃kJ?mol^-1③
根據(jù)蓋斯定律，由①+②×2-③×2得，CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₃kJ?mol^-1=（△H₁-2△H₃+2△H₂ ）kJ?mol^-1，
故答案為：（△H₁-2△H₃+2△H₂）；
（2）溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低，故答案為：溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；
（3）①a．Li₂O、Na₂O、MgO均屬于堿性氧化物，均能吸收酸性氧化物CO₂，可在堿性氧化物中尋找吸收CO₂的其他物質(zhì)，故a正確；
b．Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂，但它們都沒有強氧化性，且吸收二氧化碳與氧化還原無關(guān)，故b錯誤；
c．Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂，鈉、鎂、鋁為ⅠA、ⅡA族元素，所以可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中尋找吸收CO₂的其他物質(zhì)，故c正確；
故答案為：ac；
②在500℃，CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成Li₂CO₃，反應(yīng)物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據(jù)質(zhì)量守恒可知產(chǎn)物還有Li₂SiO₃，所以化學(xué)方程式為：CO₂+Li₄SiO₄

500℃

700℃

Li₂CO₃+Li₂SiO₃，故答案為：CO₂+Li₄SiO₄

500℃

700℃

Li₂CO₃+Li₂SiO₃，
（4）燃料電池的負極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

點評：本題主要考查了綜合利用CO₂，涉及熱化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)、化學(xué)平衡影響因素等，較為綜合，題目難度中等．