CO2和CH4是两种重要的温室气体,通过CH4和CO2反应制造更高价值化学品是目前的研究目标。(1)250℃时...
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CO2和CH4是两种重要的温室气体,通过CH4和CO2反应制造更高价值化学品是目前的研究目标。
(1)250℃时,以镍合金为催化剂,向4 L容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4,发生如下反应:CO2 (g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)。平衡体系中各组分体积分数如下表:
物质 | CH4 | CO2 | CO | H2 |
体积分数 | 0.1 | 0.1 | 0.4 | 0.4 |
①此温度下该反应的平衡常数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
反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) 的△H=________________[来源:全,品…中&高*考+网]
(2)以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙*。
①在不同温度下催化剂的催化效率与乙*的生成速率如右图所示。250~300℃时,温度升高而乙*的生成速率降低的原因是_____________________
②为了提高该反应中CH4的转化率,可以采取的措施是________________________
③将Cu2Al2O4溶解在稀**中的离子方程式为___________________________
(3)Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。①如果寻找吸收CO2的其他物质,下列建议合理的是______
a.可在碱*氧化物中寻找
b.可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找
c.可在具有强氧化*的物质中寻找
②Li2O吸收CO2后,产物用于合成Li4SiO4,Li4SiO4用于吸收、释放CO2。原理是:在500℃,CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3;平衡后加热至700℃,反应逆向进行,放出CO2,Li4SiO4再生,说明该原理的化学方程式是___________________________
(4)利用反应A可将释放的CO2转化为具有工业利用价值的产品。
反应A:
高温电解技术能高效实现(3)中反应A,工作原理示意图如下:
CO2在电极a放电的反应式是_____________________________________________
【回答】
【知识点】反应热的计算、化学平衡常数的含义、化学平衡的影响因素、电解原理
【*解析】⑴①64 ②+247.3 kJ·mol-1
⑵①温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低
②增大反应压强或增大CO2的浓度
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 反应(mol) X X 2X 2X 平衡(mol) 6-X 6-X 2X 2X 由CH4的体积分数为0.1,则(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 根据盖斯定律,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温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低,所以温度升高而乙*的生成速率降低;
②增大反应压强、增大CO2的浓度,平衡正向移动,反应物转化率增大; ③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式:Cu2O•Al2O3,与*反应生成离子方程式:
3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O;
(3)①a.Li2O、Na2O、MgO均属于碱*氧化物,均能吸收**氧化物CO2,可在碱*氧化物中寻找吸收CO2的其他物质,故a正确; b.Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2,*、镁、铝为ⅠA、ⅡA族元素,所以可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找吸收CO2的其他物质,故b正确; c.Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2,但它们都没有强氧化*,且吸收二氧化碳与氧化还原无关,故c错误; 故*为:ab;
②在500℃,CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3,反应物为CO2与Li4SiO4,生成物有Li2CO3,根据质量守恒可知产物还有Li2SiO3,所以化学方程式为CO2 + Li4SiO4 Li2CO3 + Li2SiO3;
(4)二氧化碳在a极得到电子发生还原反应生成一氧化碳同时生成氧离子,反应电极反应式为:CO2+2e-═CO+O2-;
【思路点拨】本题主要考查了综合利用CO2,涉及热化学反应、电化学、化学平衡影响因素等,较为综合,题目难度中等
知识点:化学反应速率 化学平衡
题型:填空题
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