Question

CH₄和CO₂反应可以制造价值更高的化学产品．
（1）250℃时，以镍合金为催化剂，向4L容器中通入6mol CO₂、6mol CH₄，发生反应：CO₂ （g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．达到平衡时CH₄的物质的量为2mol．
①此温度下，该反应的平衡常数K=

 

（注明单位）．
②保持温度不变，改变CH₄和CO₂的初始物质的量之比，充入容器进行反应，下列描述能够说明体系处于平衡状态的是

 

（填序号）．
a．容器内气体平均相对分子质量不随时间改变
b．混合气体的密度不随时间改变
c．单位时间内生成a mol CO₂的同时消耗2a mol H₂
d．混合气中n（CH₄）：n（CO₂）：n（CO）：n（H₂）=1：1：4：4
③已知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁kJ?mol^-1
CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H₂  kJ?mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₃  kJ?mol^-1
反应CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的△H=

 

 kJ?mol^-1
（2）用Cu₂Al₂O₄做催化剂，一定条件下，发生反应：
CO₂+CH₄?CH₃COOH，温度与催化剂的催化效率和乙酸的生成速率如图1.250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是

 

．

（3）Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂，
①若寻找吸收CO₂的其他物质，下列建议合理的是

 

．
a．可在碱性氧化物中寻找
b．可在具有强氧化性的物质中寻找
c．可在ⅠA、ⅡA族元素的氧化物中寻找
②Li₄SiO₄可用于吸收、释放CO₂，原理是：500℃时，CO₂与Li₄SiO₄接触生成Li₂CO₃；平衡后加热至700℃，反应逆向进行，放出CO₂，Li₄SiO₄再生，该原理的化学方程式

 

．
（4）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图2所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，有关电极反应可表示为

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理,化学反应速率的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：

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化学平衡状态，反应的正逆反应速率相同，各成分含量保持不变分析选项；
③根据盖斯定律来解答；
（2）根据温度对催化剂活性的影响；
（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）燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应．

解答： 解：（1）①CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．
起始浓度    1.5     1.5       0      0
反应浓度     1       1        2      2
平衡浓度     0.5    0.5       2.0     2.0
所以K=

c 2(CO)?c 2(H 2)

c(CO 2)?c(CH 4)

=

22×22

0.5×0.5

mol²?L^-2=64mol²?L^-2，
故答案为：64mol²?L^-2；
②化学平衡状态，反应的正逆反应速率相同，各成分含量保持不变分析选项，CO₂ （g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），反应是气体体积变大的反应；
a．反应是气体体积变大的反应，总质量不变，所以平均相对分子质量是变质，气体平均相对分子质量不随时间改变能说明反应达到平衡状态，故a符合；
b．混合气体质量守恒，反应前后气体体积不变，反应过程中和平衡状态下，混合气体的密度不随时间改变，不能说明反应达到平衡状态，故b不符合；
c．单位时间内生成amolCO₂的同时消耗2amolH₂，都是指逆反应方向，故c不符合；
d．混合气中n（CH₄）：n（CO₂）：n（CO）：n（H₂）=1：1：4：4，依据计算浓度商和平衡常数比较，Q=

4 2×4 2

1×1

=256≠K，说明反应没有达到平衡状态，故d不符合；
故答案为：a；
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁kJ?mol^-1①
CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H₂kJ?mol^-1②
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₃kJ?mol^-1③
根据盖斯定律，由①+②×2-③×2得，CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₃kJ?mol^-1=（△H₁-2△H₃+2△H₂ ）kJ?mol^-1，
故答案为：（△H₁-2△H₃+2△H₂）；
（2）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；
（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，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b错误；
c．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c正确；
故答案为：ac；
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

500℃

700℃

Li₂CO₃+Li₂SiO₃，故答案为：CO₂+Li₄SiO₄

500℃

700℃

Li₂CO₃+Li₂SiO₃，
（4）燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，故答案为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

点评：本题主要考查了综合利用CO₂，涉及热化学反应、电化学、化学平衡影响因素等，较为综合，题目难度中等．