Question

（17分）Na、Cu、Al、O、C、H是常見的六種元素。

（1）Al位于元素周期表第_____周期第_____族；Cu的基態(tài)原子價(jià)電子排布式為__________。

（2）用“＞”或“＜”填空：

第一電離能	離子半徑	沸點(diǎn)
Na_______Al	O2—_______Na+	CH4______H2O

（3）250℃時(shí)，以鎳合金為催化劑，向4 L容器中通入6 mol CO2、6 mol 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?jǐn)?shù)如下表：

物 質(zhì)	CH4	CO2	CO	H2
體積分?jǐn)?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=890.3 kJ·mol－1

CO(g)＋H2O (g)＝CO2(g)＋H2 (g) △H=+2.8 kJ·mol－1

2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) △H=566.0 kJ·mol－1

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

（4）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右圖所示。250～300℃時(shí)，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__________________

（5）利用高溫電解技術(shù)可將釋放的CO2轉(zhuǎn)化為具有工業(yè)利用價(jià)值的產(chǎn)品。

反應(yīng)方程式為：，其工作原理示意圖如下：

CO2在電極a放電的反應(yīng)式是_______________________________

 

Answer 1

(17分)

（1）三（1分） ⅢA （1分） 3d104s1 （2分）

（2）< 、 > 、 < （各1分）

（3）①64 mol2?L-2 （單位不要求）（2分） ②+247.3 kJ·mol－1 （2分）

（4）①溫度超過(guò)250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低（2分）

②增大反應(yīng)壓強(qiáng)或增大CO2的濃度（2分）

（5）CO2 + 2e- == CO+O2- （2分）

【解析】

試題分析：（1）Al位于元素周期表第三周期，第IIIA族；Cu的的基態(tài)原子價(jià)電子即外圍電子排布式為3d104s1；

（2）Na的金屬性比Al強(qiáng)，所以第一電離能Na<Al；O2-與Na+的核外電子排布相同，但O的核電荷數(shù)少，所以離子半徑O2->Na+;水分之間可以形成氫鍵，甲烷不可以，所以甲烷的沸點(diǎn)<水的沸點(diǎn)；

（3）①根據(jù)CO2 (g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)，及平衡時(shí)各氣體的體積分?jǐn)?shù)可知，設(shè)消耗二氧化碳的物質(zhì)的量是xmol，則平衡時(shí)二氧化碳的物質(zhì)的量是(6-x)mol，甲烷的物質(zhì)的量也是（6-x）mol，生成CO、氫氣的物質(zhì)的量是2xmol，所以（6-x）/(6-x+6-x+2x+2x)=0.1，所以x=4，所以平衡時(shí)各氣體的物質(zhì)的量濃度二氧化碳、甲烷都是（6-4）/4mol/L=0.5mol/L，CO、氫氣的濃度都是8/4mol/L=2mol/L，所以平衡常數(shù)K=(22mol/L×22mol/L)/(0.5mol/L×0.5mol/L)=64 mol2?L-2；

②根據(jù)蓋斯定律，將已知熱化學(xué)方程式中的氧氣、水消去，得到CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g) 的△H=（890.3 kJ·mol－1）+2×（+2.8 kJ·mol－1）-2×（-566.0 kJ·mol－1）=+247.3 kJ·mol－1

（4）①溫度超過(guò)250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低，所以乙酸的生成速率降低；

②為了提高該反應(yīng)中CH4的轉(zhuǎn)化率，可以增大壓強(qiáng)，或增大二氧化碳的濃度，使反應(yīng)向生成乙酸的方向進(jìn)行，甲烷的轉(zhuǎn)化率提高；

（5）電極a與電源負(fù)極相連，所以a是陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，所以二氧化碳轉(zhuǎn)化為CO和O2-，電極反應(yīng)式為CO2 + 2e- == CO+O2-。

考點(diǎn)：考查元素周期表的應(yīng)用，元素性質(zhì)的應(yīng)用，平衡常數(shù)的計(jì)算，蓋斯定律的應(yīng)用，電極反應(yīng)式的書寫