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11.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4L容器中通入6mol CO2、6mol 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CH4CO2COH2
体积分数0.10.10.40.4
①此温度下该反应的平衡常数K=64
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
反应CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g) 的△H=+247.3 kJ•mol-1
(2)以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸.
①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图1所示.250~300℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低

②为了提高该反应中CH4的转化率,可以采取的措施是增大体积减小压强或增大CO2的浓度
③将Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的离子方程式为3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O
(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ab
a.可在碱性氧化物中寻找
b.可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找
c.可在具有强氧化性的物质中寻找
(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:CO2+H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{高温}$CO+H2+O2高温电解技术能高效实现反应A,工作原理示意图2如下:CO2在电极a放电的反应式是CO2+2e-═CO+O2-

分析 (1)①先利用三段法求出各物质的物质的量,然后再根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积;
②根据盖斯定律来解答;
(2)①根据温度对催化剂活性的影响;
②根据外界条件对化学平衡的影响,平衡正向移动,反应物转化率增大;
③先将Cu2Al2O4拆成氧化物的形式:Cu2O•Al2O3,再根据氧化物与酸反应生成离子方程式,需要注意的是一价铜具有还原性;
(3)二氧化碳为酸性气体,Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2与氧化性无关;
(4)二氧化碳、水分别在a极得到电子发生还原反应生成一氧化碳、氢气,同时生成氧离子.

解答 解:(1)①CO2(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$\frac{6-x}{12+2x}$=0.1,解得X=4,所以K=$\frac{[CO]^{2}•[{H}_{2}]^{2}}{[C{O}_{2}]•[C{H}_{4}]}$=$\frac{{2}^{2}×{2}^{2}}{0.5×0.5}$=64,
故答案为:64;
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
根据盖斯定律,由①+②×2-③×2得,CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g)△H=-890.3kJ•mol-1+2.8kJ•mol-1×2+566.0kJ•mol-1×2=+247.3 kJ•mol-1
故答案为:+247.3 kJ•mol-1
(2)①温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低,所以温度升高而乙酸的生成速率降低,故答案:温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低;
②增大容器体积减小压强、增大CO2的浓度,平衡正向移动,反应物转化率增大,故答案为:增大体积减小压强或增大CO2的浓度;
③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式:Cu2O•Al2O3,与酸反应生成离子方程式:3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O,
故答案为:3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O;
(3)a.Li2O、Na2O、MgO均属于碱性氧化物,均能吸收酸性氧化物CO2,可在碱性氧化物中寻找吸收CO2的其他物质,故a正确;
b.Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2,钠、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性,且吸收二氧化碳与氧化还原无关,故c错误;
故答案为:ab;
(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-,故答案为:CO2+2e-═CO+O2-

点评 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.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:多选题

1.含有Ag+、Al3+、Mg2+、Ba2+等四种金属离子的混合溶液.欲使上述四种离子分别以沉淀形式从溶液中分离出来.下列加入试剂的顺序能达到实验目的是(  )
A.NaOH、NaCl、HCl、Na2SO4B.NaCl、Na2SO4、NaOH、HCl
C.NaCl、NaOH、Na2SO4、HClD.Na2SO4、NaOH、NaCl、HCl

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

2.CCTV-1《焦点访谈》栏目中曾报道“铊中毒事件”,铊再次成为公众关注的焦点.铊的相关信息如图所示,其中“6s26p1”表示铊原子有6个电子层,最外层有3个电子.下列有关卡片信息解读不正确的是(  )
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

19.已知2H2(g)+O2(g)→2H2O(g)+483.6kJ.下列说法或表达正确的是(  )
A.在相同的条件下,2mol氢气与1 mol氧气的总能量小于2mol 水蒸气的总能量
B.H2(g)+$\frac{1}{2}$ O2(g)→H2O(1)+Q1;Q1>241.8kJ
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D.任何条件下,2L水蒸气分解成2L氢气与1L氧气需吸收483.6kJ热量

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

6.下列说法中正确的是(  )
A.10mL 0.5mol/L CH3COONa溶液与6mL 1mol/L盐酸混合:c(Cl-)>c(Na+)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(OH-
B.等浓度的下列稀溶液:①硫酸氢钠 ②乙酸钠 ③醋酸 ④碳酸氢钠 ⑤硝酸钠 ⑥苯酚钠,它们的pH由小到大排列为:③⑤①④②⑥
C.常温下0.1 mol/L的下列溶液 ①NH4Al(SO42 ②NH4Cl ③NH3•H2O ④CH3COONH4中c (NH4+)由大到小的顺序是:②>①>④>③
D.在25℃时,将a mol•L-1的氨水与0.01 mol•L-1的盐酸等体积混合反应时溶液中c(NH4+)=c(Cl-).用含a的代数式表示NH3•H2O的电离常数Kb=$\frac{1{0}^{-9}}{a-0.01}$

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

16.氮、磷等化合物在生产、生活中有重要的用途.回答下列问题:
I.尿素可用于制有机铁肥,主要代表物有三硝酸六尿素合铁(Ⅲ),化学式为[Fe(H2NCONH26](NO33
 请回答下列问题:
(1)尿素[CO(NH22]为无色或白色针状,熔点为132.7℃,溶于水、醇,不溶于氯仿等有机溶剂,则尿素属于分子晶体.
(2)写出铁(Ⅲ)电子排布式1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(3)三硝酸六尿素合铁(Ⅲ)中的NO3-空间构型是平面三角形.
Ⅱ.NH3能与许多金属离子形成形成配离子.
(4)下列有关NH3的说法正确的是A.
A. 电负性顺序:N>H
B. 氮的非金属性比磷强,所以熔点:PH3<NH3
C. NH3极易溶于水,是因为氨分子之间易形成氢键
D. NH3分子中H原子的1s轨道与N原子的2p轨道重叠形成3个N-H 键.
(5)1mol配位化合物[Ag(NH32]Cl中,含有的σ键数目8NA
Ⅲ.直链聚磷酸是由n个磷酸分子通过分子间脱水形成的,常用于制取阻燃剂聚磷酸铵,阻燃剂聚磷酸铵结构如图.

(6)P原子采取sp3杂化.
(7)聚磷酸铵内存在的作用力有ABC.
A.离子键   B.共价键   C.配位键   D.氢键    E.范德华力.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

3.下列说法正确的是(  )
A.硫酸、纯碱、偏铝酸钠和过氧化钠分别属于酸、碱、盐和氧化物
B.乙醇、次氯酸钠和二氧化硫分别属于非电解质、强电解质和弱电解质
C.Na、Al、Cu通常分别用电解法、热分解法和置换法冶炼得到
D.天然气、沼气和水煤气分别属于化石能源、可再生能源和二次能源

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

20.某学习小组探究NaHCO3、Na2HCO3和盐酸(盐酸浓度均为1mol.L-1)反应过程中的热效应,实验测得如下数据:
 序号 35mL试剂 固体 混合温度前/℃ 混合温度后/℃
 ① 水 2.5gNaHCO3 20.0 18.5
 ② 水 3.2gNa2CO3 20.0 24.3
 ③ 盐酸 2.5gNaHCO3 20.0 16.2
 ④ 盐酸 3.2gNa2CO3 20.0 25.1
请回答下列问题:
(1)写出NaHCO3和盐酸发生反应的离子方程式HCO3-+H+=CO2↑+H2O
(2)由上述实验得出的结论是:Na2CO3溶液与盐酸的反应是放热(填“吸热”或“放热”下同)反应,NaHCO3溶液与盐酸反应是吸热反应
(3)在如图中画出Na2CO3和盐酸反应前后能量变化曲线(标注“反应物总能量”和“生成物总能量”)

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

1.废弃物的综合利用既有利于节约资源,又有利于保护环境.实验室利用废旧电池的铜帽(Cu、Zn总含量约为99%)回收 Cu并制备ZnO的部分实验过程如下:

(1)①铜帽溶解时加入H2O2的目的是Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O (用化学方程式表示).
②铜帽溶解完全后,需将溶液中过量的H2O2除去.除去H2O2的简便方法是加热至沸.
(2)为确定加入锌灰(主要成分为Zn、ZnO,杂质为铁及其氧化物)的量,实验中需测定除去H2O2后溶液中Cu2+的含量.实验操作为:准确量取一定体积的含有Cu2+的溶液于带塞锥形瓶中,加适量水稀释,调节溶液pH=3~4,加入过量的KI,用Na2S2O3标准溶液滴定至终点.上述过程中反应的离子方程式如下:
2Cu2++4I-═2CuI(白色)↓+I2 2S2O+I2═2I-+S4O62-
①滴定选用的指示剂为淀粉溶液,滴定终点观察到的现象蓝色褪去且30秒不恢复蓝色.
②若滴定前溶液中的H2O2没有除尽,所测定的Cu2+含量将会偏高(填“偏高”、“偏低”或“不变”).
(3)已知pH>11时Zn(OH)2能溶于NaOH溶液生成[Zn(OH)4]2-.下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol•L-1计算).
开始沉淀的pH沉淀完全的pH
Fe3+1.13.2
Fe2+5.88.8
Zn2+5.99
实验中可选用的试剂:30% H2O2、1.0mol•L-1 HNO3、1.0mol•L-1 NaOH.
由除去铜的滤液制备ZnO的正确实验步骤依次为:⑤④①②③⑥
①过滤;                
②调节溶液pH约为10(或8.9≤pH≤11),使Zn2+沉淀完全;
③过滤、洗涤、干燥;    
④调节溶液pH约为5(或3.2≤pH<5.9),使Fe3+沉淀完全;
⑤向滤液中加入适量30% H2O2,使其充分反应;    
⑥900℃煅烧;
(4)Zn(OH)2的溶度积常数为1.2×10-17(mol•L-13,当Zn2+沉淀完全时,此时溶液中Zn2+的浓度为1.2×10-7 mol•L-1

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