Question

CH₄和CO₂反應可以制造價值更高的化學產品．
（1）250℃時，以鎳合金為催化劑，向4L容器中通入6mol CO₂、4mol CH₄，發(fā)生反應：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．平衡體系中各組分的濃度為：

物 質	CH4	CO2	CO	H2
平衡濃度（mol?L-1）	0.5	1.0	1.0	1.0

①在該條件下達平衡時，CH₄的轉化率為

 

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

 

kJ?mol^-1
（2）用Cu₂Al₂O₄做催化劑，一定條件下，發(fā)生反應：CO₂+CH₄?CH₃COOH，溫度與催化劑的催化效率和乙酸的生成速率如圖1，請回答下列問題：

①250～300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是

 

．
②為提高上述反應CH₄的轉化率，可采取的措施有

 

（寫2種）．
（3）Li₄SiO₄可用于吸收、釋放CO₂，原理是：500℃時，CO₂與Li₄SiO₄接觸生成Li₂CO₃；平衡后加熱至700℃，反應逆向進行，放出CO₂，Li₄SiO₄再生，將該原理用化學方程式表示（請注明正反應方向和逆反應方向的條件）：

 

．
（4）鈉硫電池以熔融金屬鈉、熔融硫和多硫化鈉（Na₂S_x）分別作為兩個電極的反應物，多孔固體Al₂O₃陶瓷（可傳導Na⁺）為電解質，其反應原理如圖2所示：
①根據下表數據，請你判斷該電池工作的適宜溫度應控制在

 

范圍內（填字母序號）．

物質	Na	S	Al2O3
熔點/℃	97.8	115	2050
沸點/℃	892	444.6	2980

a.100℃以下   b.100℃～300℃c.300℃～350℃d.350℃～2050℃
②放電時，電極A為

 

極．
③放電時，內電路中Na⁺的移動方向為

 

（填“從A到B”或“從B到A”）．
④充電時，總反應為Na₂S_x=2Na+xS（3＜x＜5），則陽極的電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：電解原理,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,轉化率隨溫度、壓強的變化曲線

專題：

分析：（1）①由題目可知在開始時CH₄濃度為1mol/L，平衡時濃度為0.5mol/L，根據轉化率公式進行計算；
②根據蓋斯定律進行計算；
（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；
②根據增大反應壓強、增大CO₂的濃度，平衡正向移動，反應物轉化率增大分析；
（3）在500℃，CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成Li₂CO₃，反應物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據質量守恒可知產物還有Li₂SiO₃，所以化學方程式為：CO₂+Li₄SiO₄Li₂CO₃+Li₂SiO₃； 
（4）①原電池工作時，控制的溫度應為滿足Na、S為熔融狀態(tài)，據此分析；
②放電時，Na被氧化，應為原電池負極；
③陽離子向正極移動；
④充電時，是電解池反應，陽極反應為：S_x^2--2e^-=xS．

解答： 解：（1）①由題目可知在開始時CH₄濃度為1mol/L，平衡時濃度為0.5mol/L，故轉化率為

1-0.5

1

×100%=50%，故答案為：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
根據蓋斯定律，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，
故答案為：（△H₁-2△H₃+2△H₂）．
（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，故答案為：溫度在250～300℃時，催化劑的催化效率降低；
②增大反應壓強、增大CO₂的濃度，平衡正向移動，反應物轉化率增大，故答案為：增大反應壓強、增大CO₂的濃度；
（3）在500℃，CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成Li₂CO₃，反應物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據質量守恒可知產物還有Li₂SiO₃，所以化學方程式為：CO₂+Li₄SiO₄Li₂CO₃+Li₂SiO₃，故答案為：CO₂+Li₄SiO₄Li₂CO₃+Li₂SiO₃； 
（4）①原電池工作時，控制的溫度應為滿足Na、S為熔融狀態(tài)，則溫度應高于115℃而低于A444.6℃，只有c符合，故答案為：C；
②放電時，Na被氧化，應為原電池負極，故答案為：負；
③陽離子向正極移動，即從A到B，故答案為：從A到B；
④充電時，是電解池反應，陽極反應為：S_x^2--2e^-=xS，故答案為：S_x^2--2e^-=xS．

點評：本題考查了綜合利用CO₂，涉及熱化學反應、電化學、化學平衡影響因素等，較為綜合，題目難度中等；同時還考查了原電池知識，為高頻考點，側重于學生的分析能力的考查，注意把握原電池的工作原理以及電極方程式的書寫，答題時注意體會，難度不大．