Question

11．CO₂和CH₄是兩種重要的溫室氣體，通過(guò)CH₄和CO₂反應(yīng)可以制造價(jià)值更高的化學(xué)品．         （1）250℃時(shí)，以鎳合金為催化劑，向4L密閉容器中通入6molCO₂、4molCH₄，發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．平衡體系中各組分的濃度為：

物質(zhì)	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(dá)平衡時(shí)，CH₄的轉(zhuǎn)化率為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
求反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的△H=247.3KJkJ•mol^-1
（2）用Cu₂Al₂O₄做催化劑，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：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(qǐng)回答下列問(wèn)題：
①250-300℃時(shí)，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是溫度在250～300℃時(shí)，催化劑的催化效率降低
②為提高上述反應(yīng)CH₄的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有增大反應(yīng)壓強(qiáng)、增大CO₂的濃度（寫2條）
（3）Li₄SiO₄可用于吸收、釋放CO₂，原理是：500℃時(shí)，CO₂與Li₄SiO₄接觸生成Li₂CO₃；平衡后加熱至700℃，反應(yīng)逆向進(jìn)行，放出CO₂，Li₄SiO₄再生，將該原理用化學(xué)方程式表示（請(qǐng)注明正反方向和逆反應(yīng)方向的條件）：CO₂+Li₄SiO₄$?_{700℃}^{500℃}$Li₂CO₃+Li₂SiO₃
（4）鈉硫電池以熔融金屬鈉、熔融硫和多硫化鈉（Na₂Sx）分別作為兩個(gè)電極的反應(yīng)物，多孔固體Al₂O₃陶瓷（可傳導(dǎo)Na⁺）為電解質(zhì)，其反應(yīng)原理（如圖2）所示：
①根據(jù)下表數(shù)據(jù)，請(qǐng)你判斷該電池工作的適宜溫度應(yīng)控制在c范圍內(nèi)（填字母序號(hào)）．

物質(zhì)	Na	S	Al2O3
熔點(diǎn)/℃	97.8	115	2050
沸點(diǎn)/℃	892	444.6	2980

a.100℃以下                b.100℃-300℃
c.300℃-350℃d.350℃-2050℃
②放電時(shí)，電極A為負(fù)極．
③充電時(shí)，總反應(yīng)為Na₂S_x=2Na+xS（3＜x＜5），則陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為S_x^2--2e^-=xS
          
              圖1                                     圖2．

Answer 1

分析 （1）①由題目可知在開(kāi)始時(shí)CH₄濃度為1mol/L，平衡時(shí)濃度為0.5mol/L，根據(jù)轉(zhuǎn)化率公式進(jìn)行計(jì)算；
②根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；
（2）①溫度超過(guò)250℃時(shí)，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(jù)增大反應(yīng)壓強(qiáng)、增大CO₂的濃度，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大分析；
（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$?_{700℃}^{500℃}$Li₂CO₃+Li₂SiO₃； 
（4）①原電池工作時(shí)，控制的溫度應(yīng)為滿足Na、S為熔融狀態(tài)，據(jù)此分析；
②放電時(shí)，Na被氧化，應(yīng)為原電池負(fù)極；
③充電時(shí)，是電解池反應(yīng)，陽(yáng)極反應(yīng)為：S_x^2--2e^-=xS．

解答 解：（1）①由題目可知在開(kāi)始時(shí)CH₄濃度為1mol/L，平衡時(shí)濃度為0.5mol/L，故轉(zhuǎn)化率為$\frac{1-0.5}{1}$×100%=50%，故答案為：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
根據(jù)蓋斯定律，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，
故答案為：247.3；
（2）①溫度超過(guò)250℃時(shí)，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(shí)，催化劑的催化效率降低；
②增大反應(yīng)壓強(qiáng)、增大CO₂的濃度，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，故答案為：增大反應(yīng)壓強(qiáng)、增大CO₂的濃度；
（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$?_{700℃}^{500℃}$Li₂CO₃+Li₂SiO₃，故答案為：CO₂+Li₄SiO₄$?_{700℃}^{500℃}$Li₂CO₃+Li₂SiO₃； 
（4）①原電池工作時(shí)，控制的溫度應(yīng)為滿足Na、S為熔融狀態(tài)，則溫度應(yīng)高于115℃而低于A444.6℃，只有c符合，故答案為：c；
②放電時(shí)，Na被氧化，應(yīng)為原電池負(fù)極，故答案為：負(fù)；
③充電時(shí)，是電解池反應(yīng)，陽(yáng)極反應(yīng)為：S_x^2--2e^-=xS，故答案為：S_x^2--2e^-=xS．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了綜合利用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；同時(shí)還考查了原電池知識(shí)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)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(shū)寫，答題時(shí)注意體會(huì)，難度不大．