Question

11．利用CH₄和CO₂可以制造價值更高的化學產品．已知下列反應：
①CH₄（g）+2O₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ/mol
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂=bkJ/mol
③2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₃=ckJ/mol
（1）求反應CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H=a+2b-2c　kJ/mol（用含a、b、c的代數式表示）．
（2）一定條件下，等物質的量的（1）中反應生成的氣體可合成二甲醚（CH₃OCH₃），同時還產生了一種可參與大氣循環的無機化合物，該反應的化學方程式為3CO+3H₂═CH₃OCH₃+CO₂．
（3）用Cu₂Al₂O₄做催化劑，一定條件下發生反應：
CO₂（g）+CH₄（g）?CH₃COOH（g），溫度與催化劑的催化效率和乙酸的生成速率的關系如圖1所示，回答下列問題：

①250～300℃時，乙酸的生成速率降低的原因是催化劑的催化效率降低，化學反應速率降低．
②300～400℃時，乙酸的生成速率升高的原因是溫度升高，化學反應速率加快．
（4）鈉硫電池以熔融金屬鈉、熔融S和多硫化鈉（Na₂S_x）分別作為兩個電極的反應物，多孔固體Al₂O₃陶瓷（可傳導Na⁺）為電解質，其反應原理如圖2所示：Na₂S_X $?_{放電}^{充電}$2Na+xS　（3＜x＜5）

物質	Na	S	Al2O3
熔點/℃	97.8	115	2050
沸點/℃	892	444.6	2980

①根據上表數據，請你判斷該電池工作的適宜溫度應控制在C范圍內（填字母序號）．
A.100℃以下　　　B.100℃～300℃C.300℃～350℃D.350～2050℃
（5）關于鈉硫電池，下列說法正確的是AD（填字母序號）．
A．放電時，電極A為負極　　　　　　　　　　　
B．放電時，Na⁺的移動方向為從B到A
C．充電時，電極A應連接電源的正極　
D．充電時電極B的電極反應式為S_X^2--2e^-=xS
（6）25℃時，若用鈉硫電池作為電源電解500mL0.2mol/LNaCl溶液，當溶液的pH變為l3時，電路中通過的電子的物質的量為0.05mol，兩極的反應物的質量差為2.3g．（假設電解前兩極的反應物的質量相等）

Answer 1

分析 （1）已知①CH₄（g）+2O₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ/mol
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂=bkJ/mol
③2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₃=ckJ/mol；
根據蓋斯定律知，①+②×2-③×2得：CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）；
（2）據反應物和生成物可知，參與大氣循環的無機化合物為二氧化碳，據原子守恒書寫化學方程式；
（3）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；
②溫度升高，化學反應速率加快；
（4）原電池工作時，控制的溫度應為滿足Na、S為熔融狀態，據此分析；
（5）根據圖片知，放電時，Na失電子發生氧化反應，所以A作負極、B作正極，負極反應式為2Na-2e^-═2Na⁺、正極反應式為xS+2e^-═S_x^2-，充電時A為陽極、B為陰極，陰極、陽極電極反應式與負極、正極反應式正好相反，放電時，電解質中陽離子向正極移動、陰離子向負極移動；
（6）電解NaCl溶液的反應式為，2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，每生成2molNaOH轉移電子2mol，當溶液的pH變為l3時，c（OH^-）=0.1mol/L，生成NaOH物質的量為0.05mol，轉移電子0.05mol；據轉移電子數計算質量變化．

解答 解：（1）已知①CH₄（g）+2O₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ/mol
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂=bkJ/mol
③2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₃=ckJ/mol；
根據蓋斯定律知，①+②×2-③×2得：CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H=a+2b-2ckJ/mol；
故答案為：a+2b-2c；
（2）據反應物和生成物可知，參與大氣循環的無機化合物為二氧化碳，據原子守恒書寫化學方程式為：3CO+3H₂═CH₃OCH₃+CO₂，
故答案為：3CO+3H₂═CH₃OCH₃+CO₂；
（3）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：催化劑的催化效率降低，化學反應速率降低；
②溫度越高反應速率越快，則溫度升高，化學反應速率加快，
故答案為：溫度升高，化學反應速率加快；
（4）原電池工作時，控制的溫度應為滿足Na、S為熔融狀態，則溫度應高于115℃而低于444.6℃，只有C符合，故答案為：C；
（5）A．通過以上分析知，充電時A是陰極，應該連接電源負極，故A正確；
B．放電時，B是正極、A是負極，Na⁺由A向B移動，故C錯誤；
C．充電時，電極A發生還原反應，應連接電源的負極，故C錯誤；
D．充電時，B是陽極，電極反應式為S_x^2--2e^-═xS，故B正確；
故答案為：AD；
（6）電解NaCl溶液的反應式為，2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，每生成2molNaOH轉移電子2mol，當溶液的pH變為l3時，c（OH^-）=0.1mol/L，生成NaOH物質的量為0.05mol，轉移電子0.05mol；轉移0.05mol電子，負極Na質量減少1.15g，正極質量變化1.15g，兩極的反應物的質量差為2.3g，
故答案為：0.05；2.3．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、氧化還原反應方程式書寫、影響反應速率的因素、原電池和電解池發分析，題目難度較大，側重于考查學生的分析能力和計算能力，注意把握蓋斯定律的含義及應用．