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(15分)CO2和CH4是两种重要的温室气体,通过CH4和CO2反应制造更高价值的化学品是目前的研究方向。(1)已知:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)ΔH1=akJmol-1CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)
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问题描述:

(15分)CO2和CH4是两种重要的温室气体,通过CH4和CO2反应制造更高价值的化学品是目前的研究方向。

(1)已知:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)ΔH1=akJmol-1

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)ΔH2=bkJmol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)ΔH3=ckJmol-1

反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的ΔH=kJmol-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8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将Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的离子方程式为。

(3)以CO2为原料可以合成多种物质。

①利用FeO吸收CO2的化学方程式为:6FeO+CO2=2Fe3O4+C,则反应中每生成1molFe3O4,转移电子的物质的量为mol。

②以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解,在铜电极上CO2可转化为CH4,另一电极石墨连接电源的极,则该电解反应的化学方程式为。

李永森回答:
  (15分,化学方程式缺条件或箭头只扣1分)(1)a+2b2c(3分)(2)①温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低(2分)②增大反应压强或增大CO2的浓度(2分)③3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O(2分)(3)①2(2分)②正(2分)CO2+2H2OCH4+2O2(2分)   分析:   (1)已知:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)ΔH1=akJmol-1,②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)ΔH2=bkJmol-1,③2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)ΔH3=ckJmol-1,则根据盖斯定律可知①+②×2—③×2即得到反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的ΔH=a+2b2ckJmol-1。(2)①由于催化剂的催化效率受温度影响大,所以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该反应是体积减小的可逆反应,所以为了提高该反应中CH4的转化率,可以采取的措施是增大反应压强或增大CO2的浓度。③硝酸是氧化性酸,稀硝酸的还原产物是NO,则根据电子得失守恒和原子守恒可知Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的离子方程式为3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O。(3)①根据方程式6FeO+CO2=2Fe3O4+C可知反应中每生成1molFe3O4,消耗0.5molCO2。其中碳元素的化合价从+4价降低到0价,则转移电子的物质的量为2mol。②铜是活性电极,如果在铜电极上CO2可转化为CH4,这说明铜电极是阴极,则另一电极石墨连接电源的正极,该电极是阳极,溶液中的氢氧根失去电子转化为氧气,则该电解反应的化学方程式为CO2+2H2OCH4+2O2。   考点:   考查盖斯定律、外界条件对平衡状态的影响、氧化还原反应以及电化学原理应用
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