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、4mol 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	1.0	1.0	1.0

①在该条件下达平衡时，CH₄的转化率为

 

．
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
求反应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，请回答下列问题：

①250～300℃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）．
（3）Li₄SiO₄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，将该原理用化学方程式表示（请注明正反应方向和逆反应方向的条件）：

 

．
（4）钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠（Na₂S_x）分别作为两个电极的反应物，多孔固体Al₂O₃陶瓷（可传导Na⁺）为电解质，其反应原理如图2所示：
①根据下表数据，请你判断该电池工作的适宜温度应控制在

 

范围内（填字母序号）．

物质	Na	S	Al2O3
熔点/℃	97.8	115	2050
沸点/℃	892	444.6	2980

a.100℃以下   b.100℃～300℃c.300℃～350℃d.350℃～2050℃
②放电时，电极A为

 

极．
③放电时，内电路中Na⁺的移动方向为

 

（填“从A到B”或“从B到A”）．
④充电时，总反应为Na₂S_x=2Na+xS（3＜x＜5），则阳极的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：电解原理,用盖斯定律进行有关反应热的计算,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：

分析：（1）①由题目可知在开始时CH₄浓度为1mol/L，平衡时浓度为0.5mol/L，根据转化率公式进行计算；
②根据盖斯定律进行计算；
（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；
②根据增大反应压强、增大CO₂的浓度，平衡正向移动，反应物转化率增大分析；
（3）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+Li₄SiO₄Li₂CO₃+Li₂SiO₃； 
（4）①原电池工作时，控制的温度应为满足Na、S为熔融状态，据此分析；
②放电时，Na被氧化，应为原电池负极；
③阳离子向正极移动；
④充电时，是电解池反应，阳极反应为：S_x^2--2e^-=xS．

解答： 解：（1）①由题目可知在开始时CH₄浓度为1mol/L，平衡时浓度为0.5mol/L，故转化率为

1-0.5

1

×100%=50%，故答案为：50%；
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：温度在250～300℃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；
（3）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+Li₄SiO₄Li₂CO₃+Li₂SiO₃，故答案为：CO₂+Li₄SiO₄Li₂CO₃+Li₂SiO₃； 
（4）①原电池工作时，控制的温度应为满足Na、S为熔融状态，则温度应高于115℃而低于A444.6℃，只有c符合，故答案为：C；
②放电时，Na被氧化，应为原电池负极，故答案为：负；
③阳离子向正极移动，即从A到B，故答案为：从A到B；
④充电时，是电解池反应，阳极反应为：S_x^2--2e^-=xS，故答案为：S_x^2--2e^-=xS．

点评：本题考查了综合利用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；同时还考查了原电池知识，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，注意把握原电池的工作原理以及电极方程式的书写，答题时注意体会，难度不大．