题目内容

9.CO2和CH4是两种主要的温室气体,通过CH4和CO2反应制造更高价值的化学品是目前的研究目标.
(1)250℃时,以镍合金为催化剂,向4L容器中通入6mol CO2、6mol CH4,发生如下反应:CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g).平衡体系中各组分的体积分数如表:
物质CH4CO2COH2
体积分数0.10.10.40.4
①此温度下该反应的平衡常数K=64.
②已知:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-890.3kJ•mol-1
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H=+2.8kJ•mol-1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ•mol-1
反应CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g)的△H=247.3kJ•mol-1.
(2)以二氧化钛表面覆盖的Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成为乙酸.
①在不同温度下,催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的变化关系如图所示.250~300℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低.
②为了提高该反应中CH4的转化率,可以采取的措施是增大反应压强、增大CO2的浓度.
③将Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的离子方程式为3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O.
(3)以CO2为原料可以合成多种物质.
①聚碳酸酯是一种易降解的新型合成材料,它是由CO2加聚而成的.写出聚碳酸酯的结构简式:.
②以氢氧化钾水溶液作为电解质进行电解,CO2在铜电极上可转化为甲烷,电极反应式为CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-.

分析 (1)①先利用三段法求出各物质的物质的量,然后再根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积;
②根据盖斯定律来解答;
(2)①根据温度对催化剂活性的影响;
②根据外界条件对化学平衡的影响,平衡正向移动,反应物转化率增大;
③先将Cu2Al2O4拆成氧化物的形式:Cu2O•Al2O3,再根据氧化物与酸反应生成离子方程式,需要注意的是一价铜具有还原性;
(3)以①根据加聚反应的特征来解答;
②根据原电池原理,CO2在正极发生还原反应转化为甲烷,注意电解质溶液为碱性.

解答 解:(1)①CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g).
起始(mol)   6         6        0       0
反应(mol)   x         x        2x      2x
平衡(mol)  6-x      6-x        2x      2x
由CH4的体积分数为0.1,则$\frac{6-X}{12+2X}$=0.1,解得X=4,所以K=$\frac{{C}^{2}(CO){C}^{2}({H}_{2})}{C\\;(C{O}_{2})C(C{H}_{4})}$=$\frac{{2}^{2}×{2}^{2}}{0.5×0.5}$=64,
故答案为:64;    
②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-890.3kJ•mol-1    ①
  CO(g)+H2O (g)=CO2(g)+H2 (g)△H=2.8kJ•mol-1        ②
  2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ•mol-1             ③
根据盖斯定律,由①+②×2-③×2得,CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g)△H=-890.3kJ•mol-1+2.8kJ•mol-1×2+566.0kJ•mol-1×2=+247.3 kJ•mol-1,
故答案为:+247.3 kJ•mol-1;
(2)①温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低,所以温度升高而乙酸的生成速率降低,故答案:温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低;
②增大反应压强、增大CO2的浓度,平衡正向移动,反应物转化率增大,故答案为:增大反应压强、增大CO2的浓度;
③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式:Cu2O•Al2O3,与酸反应生成离子方程式:3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O,
故答案为:3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O;
(3)①CO2发生加聚反应得到,故答案为:;
②CO2在正极发生还原反应转化为甲烷,电极反应为:CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-,故答案为:CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-.

点评 本题主要考查了化学反应常数、化学平衡以及原电池原理的运用,难度不大,根据所学知识即可完成.

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容器编号温度/容器体积/LClO2(g)的平衡转化率
aT1V1=1L75%
bT2V2
cT3V375%
d
e
已知:T3>T1,V2>V1.
①该反应中Cl2O是还原产物(填“还原产物”或“氧化产物”).
②T1℃时,上述反应的平衡常数K=25.63.
③V2>(填“>”、“<”或“=”)V3.
④d、c两容器中的反应与a容器中的反应均各有一个条件不同,a、d、e三容器中反应体系总压强随时间的变化如图所示,a、d、e三容器中ClO2的平衡转化率由大到小的排列顺序为e<a=d(用字母表示);与a容器相比,d容器中改变的一个实验条件是加入催化剂,其判断依据是ad图象中曲线变化可知,d反应速率增大,压强不变平衡点不变.
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(2)若体积不变的条件下,下列措施中有利于提高SO2的转化率条件是AC(填字母).
A.通入氧气 B.移出氧气 C.增大压强 D.减小压强 E.加入催化剂
(3)根据下表提供的不同条件下SO2的转化率(%)的数据,试选择该反应的适宜条件(以V2O5作催化剂)温度450℃;压强1×105Pa.
 压强
温度
 1×105Pa 5×105Pa 10×105Pa 50×105Pa 100×105Pa
 450℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
 500℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
(4)能判断该反应达到平衡状态的依据是ACF
A.容器的压强不变                      B.混合气体的密度不变
C.混合气体中SO 3的浓度不变           D.c(SO 2)=c(SO 3)
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Ⅱ研究化学反应原理对于生产生活是很有意义的.
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c.直径介于1~2.5μm的颗粒物分散到空气中可形成胶体
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