Question

CO₂和CH₄是兩種重要的溫室氣體，通過CH₄和CO₂反應(yīng)制造更高價值化學(xué)品是目前的研究目標．
（1）250℃時，以鎳合金為催化劑，向4L容器中通入6mol CO₂、6mol CH₄，發(fā)生如下反應(yīng)：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．平衡體系中各組分體積分數(shù)如下表：

物質(zhì)	CH4	CO2	CO	H2
體積分數(shù)	0.1	0.1	0.4	0.4

①此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

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
反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）　的△H=

 

（2）以二氧化鈦表面覆蓋Cu₂Al₂O₄為催化劑，可以將CO₂和CH₄直接轉(zhuǎn)化成乙酸．
①在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示．250～300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是

 

②為了提高該反應(yīng)中CH₄的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

 

③將Cu₂Al₂O₄溶解在稀硝酸中的離子方程式為

 

（3）Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂．Li₂O吸收CO₂后，產(chǎn)物用于合成Li₄SiO₄ ，Li₄SiO₄用于吸收、釋放CO₂．原理是：在500℃，CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成Li₂CO₃；平衡后加熱至700℃，反應(yīng)逆向進行，放出CO₂，Li₄SiO₄再生，說明該原理的化學(xué)方程式是

 

．

Answer 1

考點：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素

專題：

分析：（1）①先利用三段法求出各物質(zhì)的物質(zhì)的量，然后再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積；
②根據(jù)蓋斯定律來解答；
（2）①根據(jù)溫度對催化劑活性的影響；
②根據(jù)外界條件對化學(xué)平衡的影響，平衡正向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大；
③先將Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，再根據(jù)氧化物與酸反應(yīng)生成離子方程式，需要注意的是一價銅具有還原性；
（3）根據(jù)題干信息，反應(yīng)物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據(jù)質(zhì)量守恒進行解答．

解答： 解：（1）①CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．
起始（mol） 6        6         0       0
反應(yīng)（mol） x        x        2x      2x
平衡（mol） 6-x    6-x        2x      2x
由CH₄的體積分數(shù)為0.1，則

6-x

12+2x

=0.1，解得X=4，所以K=

[CO]2?[H2]2

[CO2]?[CH4]

=

22×22

0.5×0.5

=64，
故答案為：64；
②已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ?mol^-1 ①
②CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H=2.8kJ?mol^-1 ②
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1 ③
根據(jù)蓋斯定律，由①+②×2-③×2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，
故答案為：+247.3 kJ?mol^-1；
（2）①溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低，故答案：溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；
②增大容器體積減小壓強、增大CO₂的濃度，平衡正向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，故答案為：增大體積減小壓強或增大CO₂的濃度；
③Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，與酸反應(yīng)生成離子方程式：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案為：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（3）在500℃，CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成Li₂CO₃，反應(yīng)物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據(jù)質(zhì)量守恒可知產(chǎn)物還有Li₂SiO₃，所以化學(xué)方程式為：CO₂+Li₄SiO₄

500℃

700℃

Li₂CO₃+Li₂SiO₃，故答案為：CO₂+Li₄SiO₄

500℃

700℃

Li₂CO₃+Li₂SiO₃．

點評：本題主要考查了綜合利用CO₂，涉及熱化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)、化學(xué)平衡影響因素等，較為綜合，題目難度中等．