Question

CH₄和CO₂反應可以制造價值更高的化學產品．
（1）250℃時，以鎳合金為催化劑，向4L容器中通入6mol CO₂、6mol CH₄，發生反應：CO₂ （g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．平衡體系中各組分的濃度為：

物 質	CH4	CO2	CO	H2
平衡濃度（mol?L-1）	0.5	0.5	2.0	2.0

①此溫度下，該反應的平衡常數K=

 

（注明單位）．
②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，發生反應：CO₂+CH₄?CH₃COOH，請回答：
①溫度與催化劑的催化效率和乙酸的生成速率如圖．250～300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是

 

②為提高上述反應CH₄的轉化率，可采取的措施有

 

（寫2種）．
③Cu₂Al₂O₄可溶解在稀硝酸中，被氧化的元素為

 

，每消耗3mol Cu₂Al₂O₄時被還原的HNO₃為

 

mol
（3）Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂，
①若尋找吸收CO₂的其他物質，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℃，反應逆向進行，放出CO₂，Li₄SiO₄再生，該原理的化學方程式

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,化學平衡常數的含義,化學平衡的影響因素,轉化率隨溫度、壓強的變化曲線

專題：化學平衡專題

分析：（1）①先利用三段法求出各物質的物質的量，然后再根據平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積；
②根據蓋斯定律來解答；
（2）①根據溫度對催化劑活性的影響；
②根據外界條件對化學平衡的影響，平衡正向移動，反應物轉化率增大；
③先將Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，再根據氧化物與酸反應生成離子方程式，需要注意的是一價銅具有還原性；
（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；
②根據題干信息，反應物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據質量守恒進行解答．

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

c2(CO)?c2(H2)

c(CO2)?c(CH4)

=

22×22

0.5×0.5

mol²?L^-2=64mol²?L^-2，
故答案為：64mol²?L^-2；
②CH₄（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）①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；
②增大反應壓強、增大CO₂的濃度，平衡正向移動，反應物轉化率增大，故答案為：增大反應壓強、增大CO₂的濃度；
③Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，與酸反應生成離子方程式：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，故Cu元素的化合價升高，即被氧化，依據離子反應方程式得出：每消耗3mol Cu₂Al₂O₄時被還原的HNO₃為2mol，故答案為：銅（或Cu）；2；
（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，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，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，故c正確；
故答案為：ac；
②在500℃，CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成Li₂CO₃，反應物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據質量守恒可知產物還有Li₂SiO₃，所以化學方程式為：CO₂+Li₄SiO₄

500℃  .

700℃

Li₂CO₃+Li₂SiO₃，
故答案為：CO₂+Li₄SiO₄ 

500℃  .

700℃

 Li₂CO₃+Li₂SiO₃．

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