题目内容

【题目】“反向燃烧”可将二氧化碳变为燃料。回答下列问题:

(已知甲烷的标准燃烧热ΔH=-890 kJ·mol-1) 。

(1)科学家用氮化镓材料与铜组装如图所示的人工光合系统,利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。

①写出铜电极表面的电极反应式:_________________________;

②该总反应的热化学方程式为:___________________________,

(2)利用CO2与H2反应可制备CH4。

已知氢气的标准燃烧热ΔH=-286 kJ·mol-1 ;H2O(g) = H2O (l),ΔH=-44kJ·mol-1;

则二氧化碳与氢气反应生成甲烷和水蒸气的热化学方程式为_____________________;

该反应能自发的条件是__________(填高温或低温)。

【答案】CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O CO2(g)+2H2O(l)=CH4(g)+2 O 2(g)△H=+890kJ·mol-1 CO2(g)+ 4H2(g)=CH4(g)+ 2H2O(g)△H=﹣166kJ·mol-1 低温

【解析】

(1)由电池装置图可知,在太阳光作用下形成原电池,电池工作时是将太阳能转化为电能的过程,铜的表面发生还原反应,CO2得电子与氢离子反应生成甲烷;原电池的总反应为甲烷燃烧的逆过程,能量变化为吸热,以此分析。

(2)写出方程式CO2(g)+ 4H2(g)=CH4(g)+ 2H2O(g),根据盖斯定律结合已知的热化学方程式求出反应热;根据△H-T△S<0,分析反应条件。

(1)①由电池装置图可知,Cu上二氧化碳得电子生成甲烷,则Cu电极上的电极反应为:CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O;
因此,本题正确答案是:CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O;

②该原电池负极反应为4H2O-4e-=8H++2O 2↑,则总反应为:CO2+2H2O=CH4+2O 2,该反应为甲烷燃烧的逆过程,能量变化为吸热,根据甲烷的标准燃烧热ΔH=-890 kJ·mol-1,可得该总反应的热化学方程式为:CO2(g)+2H2O(l)=CH4(g)+2 O 2(g)△H=+890kJ·mol-1,

因此,本题正确答案是:CO2(g)+2H2O(l)=CH4(g)+2 O 2(g)△H=+890kJ·mol-1。

(2)根据已知①CO2(g)+2H2O(l)=CH4(g)+2 O 2(g)△H=+890kJ·mol-1,

②H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-286kJ·mol-1,

③ H2O(g) = H2O (l),ΔH=-44kJ·mol-1;

根据盖斯定律,①+②4-③2,得到CO2(g)+ 4H2(g)=CH4(g)+ 2H2O(g)

△H=+890 kJ·mol-1+(-286 kJ·mol-1)4﹣(-44 kJ·mol-1)2=﹣166kJ·mol-1 ,

根据△H-T△S<0时,反应能够自发进行,该反应为放热反应,ΔH<0,气体分子数减小,ΔS<0,所以,低温有利于反应自发进行,
因此,本题正确答案是:CO2(g)+ 4H2(g)=CH4(g)+ 2H2O(g)△H=﹣166kJ·mol-1;低温。

练习册系列答案
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2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6 kJ·mol-1

写出H2(g)与NO(g)反应生成N2(g)和H2O(l)的热化学方程式是______________。

(2)某研究小组模拟研究如下:向2 L恒容密闭容器中充入2 mol NO发生反应2NO(g) N2(g)+O2(g),在不同的温度下,反应过程中物质的量与时间的关系如图所示:

①T2下,在0~5 min内,v(O2)=______________mol·L-1·min-1;该温度下反应N2(g)+O2(g) 2NO(g)的平衡常数K=______________。

②该反应进行到M点放出的热量______________进行到W点放出的热量(填“>”、“<”或“=”)。

M点时再加入一定量NO,平衡后NO的转化率______________(填“变大”、“变小”或“不变”)。

③反应开始至达到平衡的过程中,容器中下列各项发生变化的是______________(填序号)。

a.混合气体的密度 b.逆反应速率

c.单位时间内,N2和NO的消耗量之比 d.气体的平均相对分子质量

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A.增加LaNi5H6(s)的量 B.升高温度

C.使用催化剂 D.减小压强

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