Question

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	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：
Ⅰ．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁
Ⅱ．CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂
Ⅲ．2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃
反应CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的△H=

 

（用△H₁△H₂△H₃表示）．
③对上述反应II：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41kJ/mol，起始时在密闭容器中充入1.00mol CO和1.00mol H₂O，分别进行以下实验，探究影响平衡的因素（其它条件相同且不考虑任何副反应的影响）．实验条件如下表：
①实验中c（CO₂）随时间变化的关系如图1，请在答题卡的框图中，分别画出实验②和③中c（CO₂）随时间变化关系的预期结果示意图．

实验编号	窗口体积/L	温度/℃
①	1.0	1200
②	2.0	1200
③	2.0	1300

（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2所示．250～300℃时，温度升高而乙酸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）以甲醇为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，图3是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图．回答下列问题：
①B极的电极反应式为

 

．
②若用该燃料电池做电源，用石墨做电极电解硫酸铜溶液，当电路中转移1mol e^-时，实际上消耗的甲醇的质量比理论上大，可能原因是

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

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根据盖斯定律结合已知热化学方程式来解答；
③实验②与①相比温度不变，体积增大，则压强减小，速率减慢，平衡不移动；实验③与②相比较压强不变，温度升高，速率加快，平衡正移；
（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）①根据原电池原理，负极上甲醇失电子生成二氧化碳；
②根据电池中的能量转化率分析．

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

6-X

12+2X

=0.1，解得X=4，所以K=

C2(CO)?C2(H2)

C (CO2)?C(CH4)

=

22×22

0.5×0.5

=64，
故答案为：64；
②Ⅰ．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁
Ⅱ．CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂
Ⅲ．2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃
根据盖斯定律，由I+II×2-III×2得，CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H=△H₁+2△H₂-2△H₃，
故答案为：△H₁+2△H₂-2△H₃；
③实验②与①相比温度不变，体积增大，则压强减小，速率减慢，平衡不移动，体积增大一倍，浓度时原来的一半；实验③与②相比较压强不变，温度升高，速率加快，平衡正移，二氧化碳的浓度增大，但小于实验①的浓度，据此画图为：；
故答案为：；

（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增大反应压强、增大CO₂的浓度，平衡正向移动，反应物转化率增大，
故答案为：增大反应压强或增大CO₂的浓度；
（3）①根据原电池原理，负极上甲醇失电子生成二氧化碳，电极反应为：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O，故答案为：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O；
②原电池中发生反应时化学能不去全部转化为电能，即电池能量转化率达不到100%，所以实际上消耗的甲醇的质量比理论上大；
故答案为：电池能量转化率达不到100%．

点评：本题主要考查了盖斯定律的应用、化学平衡常数、化学平衡移动以及原电池原理的运用，题目综合性强，注意信息中提高的条件及图象的分析是解答的关键，较好的考查学生综合应用知识的能力，题目难度中等．