题目内容

8．CO2和CH4是两种重要的温室气体，通过CH4和CO2反应制造更高价值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）Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2．①如果寻找吸收CO2的其他物质，下列建议合理的是ab．
a．可在碱性氧化物中寻找
b．可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找
c．可在具有强氧化性的物质中寻找
②Li2O吸收CO2后，产物用于合成Li4SiO4，Li4SiO4用于吸收、释放CO2．原理是：在500℃，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3；平衡后加热至700℃，反应逆向进行，放出CO2，Li4SiO4再生，说明该原理的化学方程式是CO2+Li4SiO4$?_{700℃}^{500℃}$Li2CO3+Li2SiO3．
（4）利用反应A可将释放的CO2转化为具有工业利用价值的产品．
反应A：CO2+H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{高温}$CO+H2+O2
高温电解技术能高效实现（3）中反应A，工作原理示意图如图2：CO2在电极a放电的反应式是CO2+2e-═CO+O2-．

分析 （1）①设反应了CO2x，列三段式，根据体积分数计算x，代入化学平衡常数计算；
②已知：ⅠCH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H=-890.3kJ•mol-1
ⅡCO（g）+H2O （g）═CO2（g）+H2 （g）△H=+2.8kJ•mol-1
Ⅲ2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566.0kJ•mol-1
由盖斯定律Ⅰ+Ⅱ×2-Ⅲ×2可得CO2（g）+CH4（g）?2CO（g）+2H2（g），据此计算；
（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）①二氧化碳为酸性气体，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2与氧化性无关；
②根据题干信息，反应物为CO2与Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根据质量守恒进行解答；
（4）二氧化碳、水分别在a极得到电子发生还原反应生成一氧化碳、氢气，同时生成氧离子．

解答 解：（1）①250℃时，以镍合金为催化剂，向4L容器中通入6mol CO2、6mol CH4，反应了CO2x：
   CO2（g）+CH4（g）?2CO（g）+2H2（g）
n始：6           6                0                0
n转：x            x               2x               2x
n平：6-x         6-x            2x               2x
由CO2的体积分数为0.1，则$\frac{6-x}{6-x+6-x+2x+2x}$=0.1，解得x=4，则K=$\frac{（8mol÷4L）^{4}}{（2mol÷4L）^{2}}$=64；
故答案为：64；
②已知：ⅠCH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H=-890.3kJ•mol-1
ⅡCO（g）+H2O （g）═CO2（g）+H2 （g）△H=+2.8kJ•mol-1
Ⅲ2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566.0kJ•mol-1
由盖斯定律Ⅰ+Ⅱ×2-Ⅲ×2可得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）①a．Li2O、Na2O、MgO均属于碱性氧化物，均能吸收酸性氧化物CO2，可在碱性氧化物中寻找吸收CO2的其他物质，故a正确；
b．Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，钠、镁、铝为ⅠA、ⅡA族元素，所以可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找吸收CO2的其他物质，故b正确；
c．Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，但它们都没有强氧化性，且吸收二氧化碳与氧化还原无关，故c错误；
故答案为：ab；
②在500℃，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3，反应物为CO2与Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根据质量守恒可知产物还有Li2SiO3，所以化学方程式为：CO2+Li4SiO4$?_{700℃}^{500℃}$ Li2CO3+Li2SiO3；
故答案为：CO2+Li4SiO4$?_{700℃}^{500℃}$ Li2CO3+Li2SiO3；
（4）二氧化碳在a极得到电子发生还原反应生成一氧化碳同时生成氧离子，反应电极反应式为：CO2+2e-═CO+O2-；
故答案为：CO2+2e-═CO+O2-．

点评 本题考查了综合利用CO2，涉及盖斯定律以及化学反应常数、化学平衡以及原电池原理的运用，难度中等，掌握基础，分析题目信息，根据所学知识即可完成．

练习册系列答案
相关题目
9．下列各组顺序的排列不正确的是（　　）
A．离子半径：F-＞Mg2+＞Al3+B．热稳定性：HCl＞H2S＞AsH3
C．酸性：H3AlO3＜H2CO3＜H3PO4D．水溶性：SO2＜H2S＜NH3
10．某黑色粉末由两种物质组成，为鉴定其成分进行如下实验：
①取少量样品加入足量冷的稀硫酸，有气泡产生，固体部分溶解
②另取少量样品加入足量浓盐酸并加热，有气泡产生，固体全部溶解
该黑色粉末可能为（　　）
A．Fe、MnO2B．C、FeSC．Si、FeOD．CuO、Ag2S
7．固体D是一种红色氧化物．

（1）混合气体A通入足量NaOH溶液后，溶液B中属于盐的溶质有Na2SO3；Na2SO4．
（2）白色沉淀C中加入盐酸的实验现象为沉淀部分溶解且有气体生成．
（3）固体D与HCl溶液反应的离子方程式为Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O．
3．肌红蛋白（Mb）与血红蛋白（Hb）的主要功能为输送氧气与排出二氧化碳．肌红蛋白（Mb）可以与小分子X（如氧气或一氧化碳）结合．反应方程式：Mb（aq）+X（g）?MbX（aq）
（1）通常用p 表示分子X 的压力，po表示标准状态大气压，若X 分子的平衡浓度为p/po，写出上述反应的平衡常数表达式：K=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{po}}$．请用p、po及K 表示吸附小分子的肌红蛋白（MbX）占总肌红蛋白的比例$\frac{K\frac{P}{po}}{K\frac{P}{po}+1}$．
（2）在常温下，肌红蛋白与CO 结合反应的平衡常数K（CO）远大于与O2结合的平衡常数K（O2），下列哪个图最能代表结合率（f）与此两种气体压力（p）的关系C．


（3）人体中的血红蛋白（Hb）同样能吸附O2、CO2 和H+，相关反应的方程式及其反应热、化学平衡常数分别是：
Ⅰ．Hb（aq）+H+（aq）?HbH+（aq）△H1，K1
Ⅱ．HbH+ （aq）+O2（g）?HbO2（aq）+H+（aq）△H2，K2
Ⅲ．Hb（aq）+O2（g）?HbO2（aq）；△H3，K3
Ⅳ．HbO2（aq）+H+（aq）+CO2（g）?Hb（H+）CO2（aq）+O2（g）
①△H3=△H1+△H2（用△H1、△H2表示），K3=K1•K2 （用K1、K2表示）
②若较低温下反应Ⅳ能自发进行，则该反应△H＜0，△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）图Ⅰ表示血红蛋白氧结合率（f）与氧气分压[p（O2）]示意图，当pH＞7.4 时，此时图中代表的曲线是A（填“A”或“B”）．
（5）向2L密闭容器中加入2mol CO2、6mol H2，在适当的催化剂作用下，发生反应：CO2（g）+3H2（g）
CH3OH（l）+H2O（l）△H＜0，CO2的浓度随时间（0～t2）变化如图Ⅱ所示，保持其他条件不变，在t2时将容器容积缩小一倍，t3时达到平衡，t4时降低温度，t5时达到平衡，请画出t2～t6CO2的浓度随时间的变化．
13．在容积为1.00L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4（g）?2NO2（g），随温度升高，混合气体的颜色变深．回答下列问题：
（1）反应的△H大于0（填“大于”或“小于”）；100℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示．在0～60s时段，反应速率v（N2O4）为0.0010mol•L-1•s-1；反应的平衡常数K1为0.36mol/L．
（2）100℃时达平衡后，改变反应温度为T，c（N2O4）以0.0020mol•L-1•s-1的平均速率降低，经10s又达到平衡．
①T大于100℃（填“大于”或“小于”），判断理由是c（N2O4）降低平衡正向移动，正反应为吸热反应，故温度升高．
②列式计算温度T时反应的平衡常数K2：1.28mol/L．
（3）温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半，平衡向逆反应（填“正反应”或“逆反应”）方向移动，判断理由是增大压强平衡向气体体积减小即逆反应方向移动．
20．用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染．

（1）传统上该转化通过如下所示的催化循环实现．其中，反应①为：2HCl（g）+CuO（s）?H2O（g）+CuCl2（s）△H1反应②生成1mol Cl2（g）的反应热为△H2，则总反应的热化学方程式为4HCl（g）+O2（g）=2Cl2（g）+2H2O（g）△H=2（△H1+△H2）（反应热用△H1和△H2表示）．
（2）新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应具有更好的催化活性．
①实验测得在一定压强下，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的转化率αHCl～T曲线如图1：则总反应的△H＜0（填“＞”“=”或“＜”）；A、B两点的平衡常数K（A）与K（B）中较大的是K（A）．
②在上述实验中若压缩体积使压强增大，画出相应αHCl～T曲线的示意图1，并简要说明理由：增大压强，平衡向正反应方向移动，αHCl增大，相同温度下HCl的平衡转化率比之前实验的大．
③下列措施中，有利于提高αHCl的有BD．
A．增大n（HCl）     B．增大n（O2）      C．使用更好的催化剂    D．移去H2O
（3）一定条件下测得反应过程中n（Cl2）的数据如下：
t/min02.04.06.08.0
n（Cl2）/10-3mol01.83.75.47.2
计算2.0～6.0min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率（以mol•min-1为单位）1.8×10-3mol•min-1．
（4）Cl2用途广泛，写出用Cl2制备漂白粉的化学反应方程式2Cl2+2Ca（OH）2=CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O．
17．工业生产硫酸过程中，SO2在接触室中被催化氧化为SO3，已知该反应为放热反应．现将2molSO2和1molO2充入一密闭容器充分反应后，放出热量a KJ，此时测得SO2的转化率为50%，则下列热化学方程式中正确的是（　　）
A．2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）；△H=-2a KJ/molB．2SO2（g）+O2（g）2?SO3（g）；△H=-a KJ/mol
C．SO2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）?SO3（g）；△H=a KJ/molD．SO2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）?SO3（g）；△H=-2a KJ/mol
18．0.1molCu、0．lmolH2SO4、0.1lmolHNO3混合共1L，充分反应，下列预测正确的是（　　）
A．铜全部溶解，且溶液为蓝色，有红棕色气体产生
B．铜部分溶解，且溶液为蓝色，有红棕色气体产生
C．铜全部溶解，且溶液为蓝色，有无色气体产生
D．铜部分溶解，且溶液为蓝色，有无色气体产生

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