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

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,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,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）Al为13号元素，位置第三周期、第IIIA主族；Cu是29号元素，原子核外电子数为29，根据核外电子排布规律书写铜的基态原子价电子电子排布式；
（2）金属性越强，第一电离能越小；核外电子排布相同的离子，原子序数越大，半径越小；含有氢键的氢化物沸点较高；
（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分析；
②提高该反应中CH₄的转化率平衡正向移动，反应物转化率增大，根据外界条件对化学平衡的影响分析．

解答： 解：（1）Al为13号元素，位置第三周期、第IIIA主族；Cu是29号元素，原子核外电子数为29，铜的基态原子价电子电子排布式3d¹⁰4s¹，
故答案为：三、IIIA；3d¹⁰4s¹；
（2）金属性越强，越容易失去一个电子，则第一电离能越小，所以第一电离能：Na＜Al；核外电子排布相同的离子，原子序数越大，半径越小，则离子半径：O^2-＞Na⁺；含有氢键的氢化物沸点较高，水分子之间存在氢键沸点比甲烷的高；
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=

c2(CO)?c2(H2)

c(CO2)?c(CH4)

=

22×22

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：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；

点评：本题考查了电子排布式、元素周期律、化学平衡常数的计算、化学平衡的移动、盖斯定律的应用等，题目涉及的知识点较多，侧重于基础知识的综合应用的考查，题目难度中等．