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）．平衡体系中各组分的浓度为：

物 质	CH4	CO2	CO	H2
平衡浓度（mol?L-1）	0.5	0.5	2.0	2.0

①此温度下，该反应的平衡常数K=

 

（注明单位）．
②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，请回答：
①温度与催化剂的催化效率和乙酸的生成速率如图．250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是

 

②为提高上述反应CH₄的转化率，可采取的措施有

 

（写2种）．
③Cu₂Al₂O₄可溶解在稀硝酸中，被氧化的元素为

 

，每消耗3mol Cu₂Al₂O₄时被还原的HNO₃为

 

mol
（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

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：化学平衡专题

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根据盖斯定律来解答；
（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．

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     x       x        2x      2x
平衡浓度     0.5    0.5       2.0     2.0
所以K=

c2(CO)?c2(H2)

c(CO2)?c(CH4)

=

22×22

0.5×0.5

mol²?L^-2=64mol²?L^-2，
故答案为：64mol²?L^-2；
②CH₄（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）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Cu元素的化合价升高，即被氧化，依据离子反应方程式得出：每消耗3mol Cu₂Al₂O₄时被还原的HNO₃为2mol，故答案为：铜（或Cu）；2；
（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．

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．