Question

Na、Cu、Al、O、C、H是常见的六种元素．
（1）Al位于元素周期表第

 

周期第

 

族；Cu的基态原子价电子排布式为

 

．
（2）用“＞”或“＜”填空：

第一电离能	离子半径	沸点
Na   Al	O2-   Na+	CH4   H2O

（3）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）．平衡体系中各组分体积分数如下表：

物  质	CH4	CO2	CO	H2
体积分数	0.1	0.1	0.4	0.4

①此温度下该反应的平衡常数K=

 

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=

 

（4）以二氧化钛表面覆盖Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄直接转化成乙酸．
①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图1所示．250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是

 

②为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是

 

（5）利用高温电解技术可将释放的CO₂转化为具有工业利用价值的产品．反应方程式为：CO₂+H₂O

高温  .

电解

CO+H₂+O₂，其工作原理示意图如图2：CO₂在电极a放电的反应式是

 

Answer 1

考点：原子核外电子排布,元素电离能、电负性的含义及应用,用盖斯定律进行有关反应热的计算,电极反应和电池反应方程式,化学平衡的影响因素

专题：化学反应中的能量变化,元素周期律与元素周期表专题,化学平衡专题

分析：（1）根据铝的原子结构示意图判断位置；根据Cu为全充满和半从满的稳定结构书写的基态原子价电子排布式；
（2）根据同周期第ⅢA族的第一电离能大于第ⅠA族判断；根据电子层数和核电荷数判断半径；根据是否形成分子间氢键比较沸点；
（3）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；
（4）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；
（5）根据原电池原理，CO₂在正极发生还原反应转化为CO．

解答： 解：（1）由铝的原子结构示意图，则3层最外层为3个电子，则铝在第三周期第ⅢA族；因为Cu为全充满和半从满的稳定结构，则基态原子价电子排布式为3d¹⁰4s¹；
故答案为：三；ⅢA；3d¹⁰4s¹；
（2）同周期第ⅢA族的第一电离能大于第ⅠA族，则第一电离能Na＜Al；根据电子层数相同，核电荷数越多半径越小，则半径为O^2-＞Na⁺；因为H₂O形成分子间氢键，所以沸点CH₄ ＜H₂O；故答案为：＜；＞；＜；
（3）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

6-X

12+2X

=0.1，解得X=4，所以K=

c 2(CO)c 2(H 2)

c(CO 2)c(CH 4)

=

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；
（4）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，故答案为：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；
（5）CO₂在正极发生还原反应转化为CO，电极反应为：CO₂+2e^-=CO+O^2-，故答案为：CO₂+2e^-=CO+O^2-．

点评：本题主要考查了原子结构的相关知识以及化学反应常数、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．