CO2和CH4是兩種重要的溫室氣體,通過(guò)CH4和CO2反應(yīng)制造更高價(jià)值化學(xué)品是目前的研究目標(biāo)。

(1)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=________________

(2)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________________________

③將Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的離子方程式為_(kāi)__________________________

(3)Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。①如果尋找吸收CO2的其他物質(zhì),下列建議合理的是______

a.可在堿性氧化物中尋找

b.可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中尋找

c.可在具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)中尋找

②Li2O吸收CO2后,產(chǎn)物用于合成Li4SiO4,Li4SiO4用于吸收、釋放CO2。原理是:在500℃,CO2與Li4SiO4接觸后生成Li2CO3;平衡后加熱至700℃,反應(yīng)逆向進(jìn)行,放出CO2,Li4SiO4再生,說(shuō)明該原理的化學(xué)方程式是___________________________

(4)利用反應(yīng)A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)A:

高溫電解技術(shù)能高效實(shí)現(xiàn)(3)中反應(yīng)A,工作原理示意圖如下:

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


【知識(shí)點(diǎn)】反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)的含義、化學(xué)平衡的影響因素、電解原理

【答案解析】⑴①64     ②+247.3 kJ·mol-1  

⑵①溫度超過(guò)250℃時(shí),催化劑的催化效率降低

②增大反應(yīng)壓強(qiáng)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(yīng)(mol)            X            X            2X         2X
平衡(mol)            6-X        6-X            2X         2X
由CH4的體積分?jǐn)?shù)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(jù)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;
③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式:Cu2O•Al2O3,與酸反應(yīng)生成離子方程式:

3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O;

(3)①a.Li2O、Na2O、MgO均屬于堿性氧化物,均能吸收酸性氧化物CO2,可在堿性氧化物中尋找吸收CO2的其他物質(zhì),故a正確;
b.Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2,鈉、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(zhì),故b正確;
c.Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2,但它們都沒(méi)有強(qiáng)氧化性,且吸收二氧化碳與氧化還原無(wú)關(guān),故c錯(cuò)誤;   故答案為:ab;

②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  Li2CO3 + Li2SiO3

(4)二氧化碳在a極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成一氧化碳同時(shí)生成氧離子,反應(yīng)電極反應(yīng)式為:CO2+2e-═CO+O2-

【思路點(diǎn)撥】本題主要考查了綜合利用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


練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:


下列離子方程式書寫正確的是                                          (  )

A.在100 mL濃度為1 mol·L-1的 Fe(NO3)3的溶液中通入足量SO2

2Fe3+SO2+2H2O=2Fe2+SO+4H

B.在100 mL濃度為2 mol·L-1的FeI2的溶液中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下5.6 L的Cl2

4Fe2+6I+5Cl2=4Fe3+3I2+10Cl

C.向NaHCO3溶液中加入過(guò)量的澄清石灰水

2HCO+Ca2+2OH=CaCO3↓+2H2O+CO

D.向明礬溶液中加入過(guò)量的氫氧化鋇溶液

Al3+2SO+2Ba2+4OH=2BaSO4↓+AlO+2H2O

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:


設(shè)nA為阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值,下列說(shuō)法正確的是(  )

A.標(biāo)準(zhǔn)狀況下,11.2 L的H2O中含有1.5nA個(gè)原子

B.0.1 mol·L-1 的(NH4)2SO4溶液中,所含NH4數(shù)小于0.2nA

C.常溫常壓下,16 g的O2和O3混合氣體中,含有8nA個(gè)電子

D.質(zhì)量相同的N2和CO中,含有2nA個(gè)原子

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:


下列物質(zhì)中,屬于烷烴的是(  )

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:


寫出下列各烴的分子式。

(1)烷烴B的分子中含有200個(gè)氫原子________。

(2)1 L烷烴D的蒸氣完全燃燒時(shí),生成同溫同壓下15 L的水蒸氣________。

(3)已知在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,某氣態(tài)烴的密度為1.34 g·L-1。將0.1 mol該氣態(tài)有機(jī)物充分燃燒生成8.8 g CO2和5.4 g H2O________。

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:


運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)回答下列有關(guān)碳和碳的化合物的問(wèn)題:

(1)汽車尾氣的主要污染物是NO以及燃料燃燒不完全所產(chǎn)生的CO,它們是現(xiàn)代化城市的重要大氣污染物,為了減輕汽車尾氣造成的大氣污染,人們開(kāi)始探索利用NO和CO在一定條件下轉(zhuǎn)化為兩種無(wú)毒氣體E和F的方法(已知該反應(yīng)△H<0). 在2 L密閉容器中加入一定量NO和CO,當(dāng)溫度分別在T1和T2時(shí),測(cè)得各物質(zhì)平衡時(shí)物質(zhì)的量如下表:

物質(zhì)

T/℃ n/mol

NO

CO

E

F

初始

0.100

0.100

0

0

T1

0.020

0.020

0.080

0.040

T2

0.010

0.010

0.090

0.045

①請(qǐng)結(jié)合上表數(shù)據(jù),寫出NO與CO反應(yīng)的化學(xué)方程式 .

②上述反應(yīng)T1℃時(shí)的平衡常數(shù)為K1,T2℃時(shí)的平衡常數(shù)為K2,根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算K1= 。根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷,溫度T1和T2的關(guān)系是(填序號(hào))__________。

A.T1>T2B.T1<T2 C.T1=T2 D.無(wú)法比較

(2)反應(yīng)生成的氣體E經(jīng)常用氫氧化鈉來(lái)吸收,現(xiàn)有0.4molE,若用200mL 3mol/L NaOH溶液將其完全吸收,溶液中離子濃度由大到小的順序?yàn)椋?u> .

(3)已知CH4、H2和CO的燃燒熱分別為890.3kJ/mol,285.8 kJ/mol和283.0 kJ/mol,工業(yè)上利用天然氣(主要成分是CH4)與CO2進(jìn)行高溫重整制備CO和H2,寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式: .

(4)CO還可以用做燃料電池的燃料,某熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率,因而受到重視,該電池用 Li2CO3 和 Na2CO3 的熔融鹽混合物作電解質(zhì),CO為負(fù)極燃?xì),空氣與CO2 的混合氣為正極助燃?xì)猓频迷?650 ℃下工作的燃料電池,寫出其負(fù)極和正極電極反應(yīng)方程式:負(fù)極: ;正極: .

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:


鋅錳干電池由于其貯存和使用壽命較短,大都為一次性電池,用完之后被當(dāng)作垃圾扔掉。這不僅浪費(fèi)了寶貴的金屬資源,而且還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染。下表是各類電池的綜合成分分析結(jié)果:

元素

鋅[來(lái)源:全,品…中&高*考+網(wǎng)]

其它

質(zhì)量百分含量

13~27

14~28

23~26

0.5~0.7

5~6

13

通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械處理,將電池中各組分進(jìn)行最大在限度的分離,從而使整個(gè)處理過(guò)程得到簡(jiǎn)化。再分別對(duì)鋅皮和錳粉(MnO2)進(jìn)行濕法處理,通過(guò)預(yù)處理、浸取、凈化等工序制出產(chǎn)品。工藝流程如下圖:

查閱資料知各離子沉淀完全的pH為

離子

Fe3+

Fe2+

Cu2+

Mn2+

pH

3.2

9.0

6.7

10.1

已知:鋅元素與鋁元素相似,具有兩性。

1、市售鋅錳干電池為堿性電池,電解質(zhì)溶液為KOH,則其正極反應(yīng)為                   

電極總反應(yīng)方程為                                ;

2、在預(yù)處理中,分離鐵皮和鋅皮的方法是          ,洗液加(NH4)2CO3在pH=7.5沉淀出一種堿式鹽,該物質(zhì)的化學(xué)式為             。

3、二氧化錳生產(chǎn)中,寫出加入30%鹽酸溶解時(shí)的離子方程式                           ;鹽酸溶解后回收的渣是             ;

4、已知第二次加H2O2后調(diào)節(jié)pH≈9的目的為將Mn2+轉(zhuǎn)化為MnO2,則第一次加H2O2后調(diào)節(jié)pH≈5,目的是                ;

5、實(shí)驗(yàn)室中用高錳酸鉀溶液檢驗(yàn)Mn2+時(shí),產(chǎn)生黑色沉淀,該反應(yīng)的離子方程式為             

                              ;

6、硫酸錳在高溫條件下可以得到三種氧化物,該熱分解的方程式為                   

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:


面對(duì)能源與環(huán)境等問(wèn)題,

全球大力發(fā)展新能源的同時(shí),還倡導(dǎo)節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

Ⅰ、氫氣是一種清潔能源,氫氣的制取與儲(chǔ)存是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

已知:

(1)以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫方法。反應(yīng)生成CO2(g)和的熱化學(xué)方程式為                               。

(2)電解尿素CO(NH2)2的堿性溶液制氫的裝置如圖所示(電解池中隔膜僅阻止氣體通過(guò),陰、陽(yáng)極均為惰性電極)。電解時(shí),陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為                         

(3)是一種儲(chǔ)氫合金。350℃時(shí),反   

應(yīng),生成MgCu2和僅含一種金屬元素的氫化物(其中

氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.077)。則反應(yīng)的化學(xué)

方程式為                                 。

Ⅱ、碘鎢燈具有使用壽命長(zhǎng)、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。一定溫度下,在碘鎢燈燈泡內(nèi)封存的少量碘與沉積在燈泡壁上的鎢可以發(fā)生可逆反應(yīng):。為模擬該反應(yīng),在實(shí)驗(yàn)室中準(zhǔn)確稱取0.508 g碘、0.6992 g金屬鎢放置于50.0 mL密閉容器中,在一定溫度下反應(yīng)。如圖是混合氣體中的蒸氣的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化關(guān)系的圖象,其中曲線I(0~t2時(shí)間段)的反應(yīng)溫度為450 ℃,曲線Ⅱ(從t2時(shí)刻開(kāi)始)的反應(yīng)溫度為530℃。

(4)該反應(yīng)是      (填寫“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。在450℃時(shí),該反應(yīng)的平

衡常數(shù)K=      。

(5)若保持450℃溫度不變,向該容器中再加入0.508 g碘,當(dāng)再次達(dá)到平衡時(shí),反應(yīng)混合氣體中I2的百分含量         (填“變大”、“不變”或“變小”)。

(6)若保持450℃溫度不變,向該容器中再加入0.002 mol W、0.000 6 mol I2、0.0054 mol WI2,則化學(xué)平衡                   (填“正向移動(dòng)”、“不移動(dòng)”或“逆向移動(dòng)”)。

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:


下列關(guān)于物質(zhì)應(yīng)用的說(shuō)法錯(cuò)誤的是

A.玻璃容器可長(zhǎng)期盛放各種酸       B.純堿可用于清洗油污

C.濃氨水可檢驗(yàn)氯氣管道漏氣       D.Na2S可除去污水中的Cu2+

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同步練習(xí)冊(cè)答案