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）．達到平衡時CH₄的物質的量為2mol．
①此溫度下，該反應的平衡常數K=

 

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

 

（填序號）．
a．容器內氣體平均相對分子質量不隨時間改變
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，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，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

 

．
（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電極反應生成一種氧化物Y，有關電極反應可表示為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理,化學反應速率的影響因素,化學平衡狀態的判斷

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化學平衡狀態，反應的正逆反應速率相同，各成分含量保持不變分析選項；
③根據蓋斯定律來解答；
（2）根據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；
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；
（4）燃料電池的負極上發生燃料失去電子的氧化反應．

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

4 2×4 2

1×1

=256≠K，說明反應沒有達到平衡狀態，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，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，
（4）燃料電池的負極上發生燃料失去電子的氧化反應，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，涉及熱化學反應、電化學、化學平衡影響因素等，較為綜合，題目難度中等．