Question

11．CO₂和CH₄是两种重要的温室气体，通过CH₄和CO₂反应可以制造价值更高的化学品．         （1）250℃时，以镍合金为催化剂，向4L密闭容器中通入6molCO₂、4molCH₄，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50%
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
求反应CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的△H=247.3KJkJ•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温度在250～300℃时，催化剂的催化效率降低
②为提高上述反应CH₄的转化率，可采取的措施有增大反应压强、增大CO₂的浓度（写2条）
（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（请注明正反方向和逆反应方向的条件）：CO₂+Li₄SiO₄$?_{700℃}^{500℃}$Li₂CO₃+Li₂SiO₃
（4）钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠（Na₂Sx）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c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为负极．
③充电时，总反应为Na₂S_x=2Na+xS（3＜x＜5），则阳极的电极反应式为S_x^2--2e^-=xS
          
              图1                                     图2．

Answer 1

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+Li₄SiO₄$?_{700℃}^{500℃}$Li₂CO₃+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$\frac{1-0.5}{1}$×100%=50%，故答案为：50%；
②已知①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=+2.8kJ•mol^-1
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
根据盖斯定律，由①+②×2-③×2得，CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H=（-890-2×2.8+（-566）×2 ）kJ•mol^-1=+247.3KJ/mol，
故答案为：247.3；
（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+Li₄SiO₄$?_{700℃}^{500℃}$Li₂CO₃+Li₂SiO₃，故答案为：CO₂+Li₄SiO₄$?_{700℃}^{500℃}$Li₂CO₃+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．