問題詳情:
CO2和CH4是兩種重要的温室氣體,通過CH4和CO2反應制造更高價值化學品是目前的研究目標。
(1)250℃時,以鎳合金為催化劑,向4 L容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4,發生如下反應:CO2 (g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)。平衡體系中各組分體積分數如下表:
物質 | CH4 | CO2 | CO | H2 |
體積分數 | 0.1 | 0.1 | 0.4 | 0.4 |
①此温度下該反應的平衡常數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CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) 的△H=________________[來源:全,品…中&高*考+網]
(2)以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑,可以將CO2和CH4直接轉化成乙*。
①在不同温度下催化劑的催化效率與乙*的生成速率如右圖所示。250~300℃時,温度升高而乙*的生成速率降低的原因是_____________________
②為了提高該反應中CH4的轉化率,可以採取的措施是________________________
③將Cu2Al2O4溶解在稀**中的離子方程式為___________________________
(3)Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。①如果尋找吸收CO2的其他物質,下列建議合理的是______
a.可在鹼*氧化物中尋找
b.可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中尋找
c.可在具有強氧化*的物質中尋找
②Li2O吸收CO2後,產物用於合成Li4SiO4,Li4SiO4用於吸收、釋放CO2。原理是:在500℃,CO2與Li4SiO4接觸後生成Li2CO3;平衡後加熱至700℃,反應逆向進行,放出CO2,Li4SiO4再生,説明該原理的化學方程式是___________________________
(4)利用反應A可將釋放的CO2轉化為具有工業利用價值的產品。
反應A:
高温電解技術能高效實現(3)中反應A,工作原理示意圖如下:
CO2在電極a放電的反應式是_____________________________________________
【回答】
【知識點】反應熱的計算、化學平衡常數的含義、化學平衡的影響因素、電解原理
【*解析】⑴①64 ②+247.3 kJ·mol-1
⑵①温度超過250℃時,催化劑的催化效率降低
②增大反應壓強或增大CO2的濃度
③3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++ 6Al3++2NO↑+16 H2O
(3)①ab (1分) ②CO2 + Li4SiO4 Li2CO3 + Li2SiO3
(4)CO2 + 2e- == CO+O2-
解析:(1)① CO2(g)+CH4(g)⇌2CO(g)+2H2(g) 起始(mol) 6 6 0 0 反應(mol) X X 2X 2X 平衡(mol) 6-X 6-X 2X 2X 由CH4的體積分數為0.1,則(6-x)/(12+2x)=0.1,解得X=4,所以K=(22×22)/(0.5×0.5)=64
②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-890.3kJ•mol-1 ① CO(g)+H2O (g)=CO2(g)+H2 (g)△H=2.8kJ•mol-1 ② 2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ•mol-1 ③ 根據蓋斯定律,由①+②×2-③×2得
CO2(g)+CH4(g)⇌2CO(g)+2H2(g)△H=(-890.3+2.8×2+566.0×2) kJ•mol-1=+247.3 kJ•mol-1;
(2)①温度超過250℃時,催化劑的催化效率降低,所以温度升高而乙*的生成速率降低;
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; ③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式:Cu2O•Al2O3,與*反應生成離子方程式:
3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O;
(3)①a.Li2O、Na2O、MgO均屬於鹼*氧化物,均能吸收**氧化物CO2,可在鹼*氧化物中尋找吸收CO2的其他物質,故a正確; b.Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2,*、鎂、鋁為ⅠA、ⅡA族元素,所以可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中尋找吸收CO2的其他物質,故b正確; c.Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2,但它們都沒有強氧化*,且吸收二氧化碳與氧化還原無關,故c錯誤; 故*為:ab;
②在500℃,CO2與Li4SiO4接觸後生成Li2CO3,反應物為CO2與Li4SiO4,生成物有Li2CO3,根據質量守恆可知產物還有Li2SiO3,所以化學方程式為CO2 + Li4SiO4 Li2CO3 + Li2SiO3;
(4)二氧化碳在a極得到電子發生還原反應生成一氧化碳同時生成氧離子,反應電極反應式為:CO2+2e-═CO+O2-;
【思路點撥】本題主要考查了綜合利用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
知識點:化學反應速率 化學平衡
題型:填空題